Zemax操作16--激光谐振腔(含晶体)

2023-10-24 11:50

本文主要是介绍Zemax操作16--激光谐振腔(含晶体),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

系统参数

1064nmm,入瞳直径10mm,视场0度

一、激光晶体设置

我们把晶体用梯度折射率元件仿真,热透镜效应产生的焦距在几十毫米到几百毫米之间,直径一般在1-20毫米

我们插入渐变1为晶体,其中厚度设为50,净口径设为110,delta t为追迹步长,设为0.1,n0为中心折射率,我们假设使用Nd:YAG,设为1.82。Nr1为线性折射系数,Nr2为二次折射系数,我们忽略线性折射率,只考虑二次折射率,Nr2=-0.00007

在评价函数编辑器中插入“EFFL”,即有效焦距,可以看到等效焦距为147mm

二、谐振腔设计

谐振腔腔型选择简单的直线对称结构,两个腔面型相同,晶体位于中心

谐振腔光束自洽:光线追迹要通过所有面型2次,再回到原来的位置

谐振腔长600mm,晶体长100mm,激光晶体端面到反射镜的距离为250mm,腔反射镜的反射率为250mm,凹面镜

将镜头数据按照如下参数设计,再打开3d视图

打开上方工具栏的“高斯光束”--“近轴高斯光束”,打开设置,将光束质量因子设为1。起始束腰位置设为面1(即晶体中心),迭代分析数据位置设为表面17(即像面),如下图:

 这时我们需要自己设置一下束腰尺寸,让图中的光斑尺寸和束腰尽量相同

 查看下面的数据,可以发现同一位置光线往返的光斑尺寸是相同的,如11和15

三、光束质量优化

以上的仿真基模体积比较小,即高斯光束束腰半径小。基模体积小容易激发高阶模式,导致光斑模式变差和模式竞争。基模体积越大,高阶模式就越少,模式竞争也就越小,功率稳定性越好,光束质量越好

我们假设将基模束腰半径从0.1813增加到0.5,可以调整腔镜曲率,打开“近轴高斯光束传播”,设置如下图,并将迭代分析数据位置设为面5(即右腔镜的前一个面)

可以看到这时的相位曲率半径(即高斯光束的波前曲率半径)为128.2939,这就是束腰半径为0.5mm时对应的腔镜曲率半径,输入到镜头数据中

 再打开“近轴高斯光束传播”,可发现已满足自洽条件

以上谐振腔的仿真,谐振腔是对称的,因此把起始面放在晶体棒的中心位置;如果谐振腔是不对称的,但晶体端面处的光束参数是对称的,也还可以将起始面放在晶体棒的中心位置;其他情况下,要找到一个位置为束腰位置,例如平面镜,将其设置为起始面,然后根据迭代数据找到指定位置的光束参数,再评价是否可以达到设计要求。

四、光斑强度分布 

打开“分析”里的“物理光学”,打开设置,采样、宽度、束腰设置如下,选择照度峰值,光斑如图

 

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