如何计算Yb:YAG薄片激光器的热透镜和激光功率输出

指南3 如何计算Yb:YAG薄片激光器的热透镜和激光功率输出？

1. 运行LASCAD并定义泵浦光分布 1

2. 用EFA定义边界条件 3

3. 选项定义控制FEA 4

4. FEA结果显示 5

5. FEA结果抛物线拟合 6

6. 在模式中插入热透镜 7

7. 激光功率输出计算 8

1．运行LASCAD并定义泵浦光分布

运行LASCAD，从路径C:Program FilesLASCADTutorials中打开tutorial-3.lcd，用“shrink-stretch”工具拉伸模式图，直到看到黄色的热透镜形状。热透镜只有0.12mm，因此需要拉伸其长度。

选择主菜单“FEA-Parameter Input & FEA code”，打开“Crystal ,Pump Beam and Material Parameters ”窗口，该窗口有6个标签。“Models”标签显示了LASCAD提供的预定义模式，如图1所示。在这个教程中，模式Cylindrical rod with top hat 已经被勾选，该模式表示吸收泵浦光强分布在热透镜轴方向为近似平顶（也称为常数）分布。

图1.定义泵浦棒

选择’Pump Light’标签，如图2所示，该标签用于定义泵浦功率密度。在这个模式下，我们必须事先知道总的吸收泵浦功率。总的吸收功率为500W。垂直于薄片轴的泵浦功率用超高斯函数定义，如help=>Pump Light-Top Hat Pump Light Distribution in Axis Direction。光斑的大小等于分布半径。超高斯指数增大到一定程度后，截面分布接近平顶分布。可以点击“Show Pump Profile”来查看截面图。我们甚至可以从这个截面图中减去一定百分比被吸收的泵浦光功率。

图2.定义泵浦光

2.用EFA定义边界条件

如图所示，选择“Boundaries”来定义边界条件。假设在（z=0）处的晶体面与固体接触时为常温，当然我们也可以勾选流体冷却。假设固体温度为293K。在3能级系统中，我们一般都采用开氏温度。参考温度是用来计算晶体热畸变，对应于晶体的初始温度。

图3.定义边界条件

在本次结构设计中不使用Doping & Mats 标签。

3.选项定义控制FEA

选择“FEA Options”，定义网格参数，收敛判据和最大迭代次数。可以参考帮助手册查找更详细的信息。我们可以保持现有条目值不变。基于现有网格大小，推荐使用700MB RAM。要得到关于畸变的准确结果，现案例的结果非常小，我们可以将沿着x，y方向的网格降低到0.06，但是最低就需要1024MB RAM来得到这样精确的网格。

图4.计算

点击“Apply & Run FEA”开始FEA分析，弹出的Finite Element Analysis窗口显示当前运行的迭代次数。

4. FEA结果显示

FEA计算完成之后，点击LASCAD 主菜单中“FEA-3D Visualizer” ，显示热负载分布，温度分布，变形和压力结果。图5显示了未冷却处理的腔端面处的温度分布。

图5.温度分布

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