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ASLD 固態雷射設計與模擬方案

ASLD 固態雷射設計與模擬方案

ASLD是用於激光和光學系統仿真的高性能多物理場軟體。具直觀用戶界面及一體化高性能軟件包,使激光器製造商能夠在同套軟體中設計各種激光諧振器和放大器,以滿足使用需求並幫助客戶為其激光設計和開發任務找到解決方案。

ASLD 包括各種多物理程序,從而減少軟體間轉換模擬需求;減少了用於實驗室測試的組件採購及成本、提高開發工程師的效率和研發支出。這樣的早期投資將最大限度地降低研發成本、縮短開發時間,為一款具有成本效益和優化之激光產品。

ASLD軟體功能特點

熱和結構分析

計算熱透鏡效應需要對激光晶體進行熱分析和結構分析,可以透過用戶界面 (GUI) 靈活設計激光晶體幾何形狀,如平板、斜面、圓柱體、金字塔,及各種冷卻方式。ASLD 包括快速高度準確的 3 維有限元方法 (FEM),應用於非常長或很薄之激光晶體和具有小泵浦半徑的小型泵浦光;有限元求解器考慮了激光晶體頻率相關吸收,並允許設置泵浦光光譜,含完整 3 維時間動態分析(通過 FE),為模擬具有脈衝泵浦光之激光器熱透鏡效應所必需的。

輸出功率和光束質量分析

動態多模式分析 DMA 可根據光束半徑、泵浦/諧振器配置和特殊光學元件(例如孔徑和高斯輸出耦合器)計算輸出功率及光束質量 (M2);允許基於有限體積離散化網格,計算激光晶體中粒子群反轉。

激光器的時間動態行為,可由不同高低階高斯模式的速率方程模擬。

速率方程系統

ASLD可以基於一組任意速率方程,模擬諧振器動態行為模式。包括模擬摻雜材料和各種離子間機制,如上轉換、能量轉移或交叉弛豫。用戶可以針對速率方程儲存在材料數據庫進行擴展;允許通過添加間離子機制和能級來設置單獨的速率方程式。此外,ASLD能夠準確地模擬激光晶體中的熱透鏡效應、使用離子間躍遷和布居數計算熱源、模擬具有 Nd:YAG、Ho:YAG、Er:YAG、Er:glass 或 Tm、Ho:YAG 等增益介質之激光器。

激光穩定性、光束半徑和參數分析

ASLD可以分析固態激光器的穩定性,並基於諧振器配置和熱透鏡效應計算其光束半徑。此外,激光束的偏振可用來計算激光諧振腔的穩定性;ASLD可模擬影響激光器穩定性的主要因素,還提供了一種參數分析工具,以優化激光諧振腔設計。能夠繪製激光諧振器輸出功率、光束質量和穩定性圖,針對一系列輸入參數進行分析,計算每個輸入參數變化對上述輸出量之影響;且參數分析使用先進算法,以減少計算時間並節省諧振器優化成本。

超短脈衝放大器

ASLD可以模擬封裝放大器的輸出功率和增益,並允許精確計算泵浦配置對輸出功率的影響,有效地模擬了單程和雙程;還可以模擬超短脈衝放大器和脈衝放大器。它考慮了增益引導、克爾透鏡效應和泵浦光分離等效應,以提供輸出功率的準確計算。光束傳播法(FEM-BPM)等方法用於模擬激光放大器的光束形狀,能夠準確計算導向效果。此外,光線追踪可用於以用戶友好的方式定義泵浦光。

光泵分析

ASLD可以準確模擬光泵浦對激光器輸出功率、光束質量和穩定性的影響,並考慮了二極管和閃光燈的泵浦光的光譜、偏振及其在激光晶體內的頻率相關吸收。因此,它可以相應地設計端泵和側泵幾何結構。在ASLD中,泵浦光可以用超高斯公式或光線追踪法來描述,其光線追踪方法考慮了以下影響:光的吸收、散射效應和反射。

主動和被動 Q -switch

ASLD 能夠分析有源和無源 Q -switch輸出的脈衝能量、脈衝寬度、光束質量和脈衝頻率。對於被動Q-switch,ASLD包括一個精確算法,考慮可飽和吸收器物理效應,如基態和激發態吸收截面。此外,ASLD還能夠模擬諧振器中的模式競爭,並通過低高斯模式和高高斯模式的動態模式分析來進行模擬。

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