在許多
激光器或放大器設(shè)備中，熱
透鏡起著重要的作用，因此應(yīng)該在數(shù)值
模擬中加以考慮。
on;sq8 ; 在本文中，我首先簡要描述了熱透鏡的來源，然后向您展示如何在我們的
軟件中處理這種效應(yīng)。
ZqbM%(=z(` .8qzU47E 什么是熱透鏡？
l8x d73D)8 當(dāng)激光增益介質(zhì)(例如激光晶體)被泵浦時，通常會產(chǎn)生一些熱量，這些熱量隨后需要通過熱傳導(dǎo)帶走。因此不可避免地會在增益介質(zhì)中形成溫度梯度。形成激光的
熱透鏡效應(yīng)與以下物理機制相關(guān):
}gi1?a59 l 折射率與溫度相關(guān)。
9Ir~X|}\iL l 晶體內(nèi)部的機械應(yīng)力也會改變折射率(光彈性效應(yīng))。
mXU?+ G0 l 此外，機械應(yīng)力會導(dǎo)致端面凸出，使激光晶體具有透鏡的形狀。
Z"~6yF 在一般情況下，首先提到的影響因素往往是最主要的。下圖顯示了一般情況下數(shù)值計算的溫度曲線。
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).+xcv 圖1:模擬端面泵浦Nd:YAG棒的橫向泵浦強度分布(紅色)和熱分布(藍(lán)色)。溫度分布僅在晶體中心附近近似為拋物線，因此
光束半徑等于泵浦光束半徑的激光模式將產(chǎn)生一些
像差。
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M- Z6TL 諧振腔設(shè)計中的熱透鏡效應(yīng)
~I \r1Wj; 我們的諧振器設(shè)計軟件RP Resonator基于ABCD矩陣算法計算激光諧振腔的模式特性。(準(zhǔn)確地說，它使用一種擴展矩陣(ABCDEF矩陣)來處理錯位影響，但這與我們的上下文無關(guān)。)
im \ YL< 這里，只能處理拋物線形狀的透鏡效應(yīng)，即沒有球差的透鏡效應(yīng)。軟件可以很容易地定義熱透鏡效應(yīng)的分布，例如，激光晶體被定義為一個“棱鏡”，因此可以指定參數(shù)n2，它是折射率的徑向相關(guān)性的二階系數(shù):n(r)= n0-0.5n2r2 。這個
參數(shù)可以簡化為熱透鏡的屈光度除以晶體長度。屈光度可以從別處得知，或者至少在簡化的情況下，可以用簡單的公式從耗散功率密度計算出。一種常見的情況是提供一根至少在激光束體積內(nèi)被均勻泵浦的圓柱形棒。
x|v[Dxf] 原則上，也可以將具有一定屈光力的薄透鏡插入到激光晶體的左側(cè)或右側(cè)，或者當(dāng)將激光晶體分成兩部分時，插入到激光晶體的中間。在許多情況下，結(jié)果將類似于分布式透鏡的結(jié)果。然而，在某些情況下存在差異，例如，當(dāng)激光晶體占總諧振器長度的大部分時，分布式透鏡很容易處理。
nhP~ jJn 在極少數(shù)情況下，由于端泵
激光器中泵浦強度的降低，熱透鏡效應(yīng)沿光束方向不均勻是可能的。因此你必須將激光晶體分成多個部分，每個部分都有不同的透鏡強度。只需一點腳本代碼，包含一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，就可以簡單地實現(xiàn)自動化，這樣您就不必手動輸入多個晶體段。
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