| 小火龍果 |
2021-04-29 15:07 |
無效的激光模擬
激光中會(huì)發(fā)生多種現(xiàn)象，可以使用合適的軟件很好地模擬這些現(xiàn)象。但是，在某些情況下，很難獲得正確的結(jié)果。甚至簡(jiǎn)單的仿真方法也無法提供不切實(shí)際的結(jié)果。在這里，我們舉一個(gè)例子說明這種情況。有人要求我們?yōu)闊舯闷指吣芗す馄鞯拿}沖動(dòng)力學(xué)建立仿真。乍一看，這看起來非常簡(jiǎn)單。但是，很快就會(huì)意識(shí)到了一個(gè)巨大的困難。 )LsUO#%DO
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復(fù)雜模式動(dòng)態(tài) (,tL(:c
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為了有效地提取高能量，激光晶體中的光束面積必須相當(dāng)大。另一方面，為了獲得短脈沖，激光諧振器需要很短。在那種情況下，不可能設(shè)計(jì)出具有高光束質(zhì)量的激光器：晶體中的諧振器模式尺寸必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶體的橫向尺寸，這樣您就可以在許多橫向諧振器模式下運(yùn)行。現(xiàn)在，您可能不太在乎光束質(zhì)量，為什么該細(xì)節(jié)對(duì)于動(dòng)力學(xué)仿真如此重要？問題的第一部分是橫向模式與晶體的泵浦區(qū)域具有不同的重疊，因此也具有不同的激光增益。在我們的案例中，這個(gè)細(xì)節(jié)尤為重要，因?yàn)槲覀冋谘芯恳环N自由運(yùn)行的激光器，該激光器在每個(gè)諧振器往返凈增益稍微為正時(shí)就開始生成脈沖。在某些模式下可能滿足該條件，但在另一些模式下則無法滿足；通常，一些模式將開始獲得增加的功率，但是由于獲得的增益不同，其增長(zhǎng)率也將大大不同。接下來是下一個(gè)問題：我們將主要通過那些強(qiáng)模式獲得增益飽和，而飽和度主要影響那些模式本身，并且僅在較小程度上影響其他模式，這些模式具有明顯不同的橫向強(qiáng)度分布。因此，原始激光模式的功率增長(zhǎng)將下降，而其他激光模式將逐漸獲得更多功率。總的來說，我們得到了許多模式的復(fù)雜相互作用，部分競(jìng)爭(zhēng)著激光增益。這些復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性還將影響所有模式下總光功率的變化。簡(jiǎn)化的模型無法正確描述激光器的實(shí)際行為，在極端（但經(jīng)常使用）的情況下，該模型僅具有單個(gè)動(dòng)力學(xué)變量來激發(fā)晶體中的激光活性離子，而腔內(nèi)光功率為第二個(gè)動(dòng)態(tài)變量。 S_ra8HY8
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較復(fù)雜的模型可以提供幫助嗎？ 2Sk hBb=d
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為了更現(xiàn)實(shí)，必須區(qū)分許多激光模式的功率以及晶體中許多不同位置的激發(fā)密度。這樣的模型將更加復(fù)雜，并且將需要更多的計(jì)算時(shí)間。另外，應(yīng)該意識(shí)到，系統(tǒng)的詳細(xì)發(fā)展還將對(duì)諸如熱透鏡，增益引導(dǎo)和不同模式之間的干擾之類的效應(yīng)非常敏感。很難估計(jì)這種影響在具體情況下到底有多嚴(yán)重。但是，很顯然，即使是非常復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模型也不能簡(jiǎn)單地被信任來提供正確的（現(xiàn)實(shí)的）結(jié)果。原則上，可以使用 Fox-and-Li 方法，即，考慮到對(duì)該波的各種影響，只是多次將波傳播通過晶體。可能吧 ，人們甚至不得不使用光學(xué)頻率略有不同的多個(gè)波。即使沒有這些，由于每次往返的模擬都需要花費(fèi)大量時(shí)間，并且通常需要模擬許多往返，特別是對(duì)于自由運(yùn)行的激光器，因此計(jì)算將非常緩慢。 nkz<t
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在某些情況下，避免建模！ S~W;Ld<>fB
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因此，在這種情況下，經(jīng)驗(yàn)豐富的專家應(yīng)告訴客戶不幸的是，數(shù)值建模不切實(shí)際，必須使用其他解決方案。這就是我所做的。客戶可能并不完全滿意，但是應(yīng)該在浪費(fèi)大量資源之前及時(shí)得到警告。請(qǐng)注意，許多人不會(huì)意識(shí)到這樣的困難，因此可能會(huì)組裝一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，而不知道結(jié)果將是不可靠的。這再次表明，在實(shí)踐中，不僅應(yīng)該擁有功能強(qiáng)大的軟件，而且應(yīng)該有經(jīng)驗(yàn)豐富的人士的技術(shù)支持，他們可以警告您這些問題。（單靠軟件通常不會(huì)給您這樣的警告！）否則，您可能會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，首先是要建立一個(gè)產(chǎn)生不可靠結(jié)果的模型，然后才是被這些結(jié)果所誤導(dǎo)的模型。不難想象這會(huì)對(duì)某些開發(fā)項(xiàng)目造成多大破壞。幸運(yùn)的是，簡(jiǎn)化模型在許多其他情況下都是相當(dāng)可靠的。因此，當(dāng)然不應(yīng)得出這樣的結(jié)論：最好不要完全建模。取而代之的是，只需要找出它在哪里實(shí)用和有用的地方，而在哪里卻沒有。如果您獲得稱職的技術(shù)支持，即使您的專業(yè)知識(shí)有限，也可以安全地工作。
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