指南3 如何計算Yb:YAG薄片激光器的熱透鏡和激光功率輸出？
目錄
1. 運行LASCAD并定義泵浦光分布 1
2. 用EFA定義邊界條件 3
3. 選項定義控制FEA 4
4. FEA結果顯示 5
5. FEA結果拋物線擬合 6
6. 在模式中插入熱透鏡 7
7. 激光功率輸出計算 8
1．運行LASCAD并定義泵浦光分布
運行LASCAD，從路徑C:Program FilesLASCADTutorials中打開tutorial-3.lcd，用“shrink-stretch”工具拉伸模式圖，直到看到黃色的熱透鏡形狀。熱透鏡只有0.12mm，因此需要拉伸其長度。
選擇主菜單“FEA-Parameter Input & FEA code”，打開“Crystal ,Pump Beam and Material Parameters ”窗口，該窗口有6個標簽。“Models”標簽顯示了LASCAD提供的預定義模式，如圖1所示。在這個教程中，模式Cylindrical rod with top hat 已經(jīng)被勾選，該模式表示吸收泵浦光強分布在熱透鏡軸方向為近似平頂（也稱為常數(shù)）分布。
圖1.定義泵浦棒
選擇’Pump Light’標簽，如圖2所示，該標簽用于定義泵浦功率密度。在這個模式下，我們必須事先知道總的吸收泵浦功率。總的吸收功率為500W。垂直于薄片軸的泵浦功率用超高斯函數(shù)定義，如help=>Pump Light-Top Hat Pump Light Distribution in Axis Direction。光斑的大小等于分布半徑。超高斯指數(shù)增大到一定程度后，截面分布接近平頂分布。可以點擊“Show Pump Profile”來查看截面圖。我們甚至可以從這個截面圖中減去一定百分比被吸收的泵浦光功率。
圖2.定義泵浦光
2.用EFA定義邊界條件
如圖所示，選擇“Boundaries”來定義邊界條件。假設在（z=0）處的晶體面與固體接觸時為常溫，當然我們也可以勾選流體冷卻。假設固體溫度為293K。在3能級系統(tǒng)中，我們一般都采用開氏溫度。參考溫度是用來計算晶體熱畸變，對應于晶體的初始溫度。
圖3.定義邊界條件
在本次結構設計中不使用Doping & Mats 標簽。
3.選項定義控制FEA
選擇“FEA Options”，定義網(wǎng)格參數(shù)，收斂判據(jù)和最大迭代次數(shù)。可以參考幫助手冊查找更詳細的信息。我們可以保持現(xiàn)有條目值不變。基于現(xiàn)有網(wǎng)格大小，推薦使用700MB RAM。要得到關于畸變的準確結果，現(xiàn)案例的結果非常小，我們可以將沿著x，y方向的網(wǎng)格降低到0.06，但是最低就需要1024MB RAM來得到這樣精確的網(wǎng)格。
圖4.計算
點擊“Apply & Run FEA”開始FEA分析，彈出的Finite Element Analysis窗口顯示當前運行的迭代次數(shù)。
4. FEA結果顯示
FEA計算完成之后，點擊LASCAD 主菜單中“FEA-3D Visualizer” ，顯示熱負載分布，溫度分布，變形和壓力結果。圖5顯示了未冷卻處理的腔端面處的溫度分布。
圖5.溫度分布 |
