ASLD 級固體激光器設計及仿真軟件

軟件簡介

ASLD 激光仿真軟件的設計和實現采用了最先進的編程技術。用于激光仿真的算法已為物理效應的精確建模而專門制定并快速執行。它們是通過深入研究發展起來的，并在許多專業期刊和會議上發表過。

ASLD 基于激光器件建模的最新數學算法進行仿真。ASLD 為固態激光器的發展挑戰提供量身定制的解決方案，并使用專門開發的數字工具。這些可選擇性地用于優化激光器和滿足非常獨特的標準和公差。

ASLD 可用于模擬以下分析：

? 多能級固體激光諧振腔和放大器的設計與仿真
? 各種材料如Nd:YAG、Yb:YAG、Er:YAG、Er:glass 或 Tm,Ho:YA 等。
? 計算輸出功率、光束質量、脈寬和重復頻率
? 穩定性分析(偏振依賴)
? 高階和低階激光模式的動態多模分析
? 機械應變、應力和雙折射的精確計算
? 多晶體諧振腔
? 基于可飽和吸收體Cr:YAG 的主動和被動Q 開關激光器
? 基于SESAM 的脈沖激光器
? 高功率激光器，如不同形狀的薄圓盤(平板)激光器
? 用于放大器的光束傳播方法
? 固體激光器多程激光放大
? 超短啁啾脈沖放大
? 克爾透鏡和增益波導效應
? 偏振效應
? 熱透鏡效應，波前畸變
? 二次諧波
? 泵浦設計(泵浦光譜，泵浦幾何形狀，脈沖泵浦等)
? 高功率激光器的超高斯模式分析
? 多晶體諧振腔
? 參數分析
? 對泵浦光的光線追跡

功能描述

熱分析與結構分析

為了計算熱透鏡效應，需要對激光晶體進行熱分析和結構分析。

友好的圖形用戶界面(GUI)可以靈活設計激光晶體幾何形狀，如板條、斜面、圓柱體和錐體，以及各種類型的冷卻。

ASLD 包含一個快速、高精度的三維有限元方法。它也適用于很長或很薄的激光晶體和小泵浦半徑的泵浦光。有限元求解器考慮了激光晶體依賴于頻率的吸收，并允許設定泵浦光的光譜。

這也包括一個完整的三維動態分析(由FE)，這是模擬脈沖泵浦光激光器的熱透鏡效應所必需的。

輸出功率和光束質量分析

動態多模分析 DMA 根據光束半徑、泵浦/諧振腔配置和特殊光學元件(如孔徑和高斯輸出耦合器)計算輸出功率和光束質量(M2)。

DMA 方法允許在激光晶體中基于有限體積離散網格計算粒子數反轉。用速率方程模擬了激光在不同高階和低階高斯模式下的時間動態特性。

速率方程系統

ASLD 可以根據一組任意速率方程來模擬諧振腔模式的動態特性。這包括對共摻雜材料和各種離子間機制的模擬，例如上轉換、能量轉移或交叉弛豫。速率方程存儲在一個材料數據庫中，用戶可以對其進行擴展。一個友好的 GUI 讓用戶通過添加離子機制和能級建立個性化的速率方程。

對任意速率方程的模擬可以精確地模擬諧振腔模式的動態特性。此外，它使用戶能夠準確地模擬激光晶體中的熱透鏡效應。熱源可以用離子間躍遷和粒子數來計算。ASLD 可以模擬 Nd:YAG、Ho:YAG、Er:YAG、Er:glass 或 Tm、Ho:YAG 等增益介質的激光器。此外，ASLD 速率方程考慮了多能級系統、依賴溫度的受激輻射截面和重吸收。

激光器穩定性、光束半徑及參數分析

ASLD 分析了固體激光器的穩定性，并根據諧振腔結構和熱透鏡效應計算其光束半徑。此外，還可以根據激光束的偏振特性來計算激光諧振腔的穩定S性。ASLD 還模擬了影響激光器穩定性的主要因素。

此外，ASLD 為激光諧振腔的優化設計提供了參數分析的工具。激光諧振腔的輸出功率、光束質量和穩定性圖可以繪制為一系列輸入參數:

? 泵浦光功率
? 泵浦光功率
? 泵浦頻移
? 輸出鏡的反射率

ASLD 能夠計算每個輸入參數變化對上述輸出量的影響。參數分析使用先進的算法，從而最小化的計算時間并節省諧振腔優化的成本。

超短脈沖放大器

ASLDASLD 軟件包可以模擬仿真放大器的輸出功率和增益。粒子數反轉是在三維有限體積網格上模擬的。這樣就可以精確計算出泵浦的配置對輸出功率的影 響。以上有效地模擬了單程和雙程。此外，還可以模擬超短和啁啾脈沖放大 器。

ASLD 考慮了增益波導、克爾透鏡效應和泵浦光分離等影響，提供了計算輸出功率的精度。采用光束傳播法(FEM-BPM)等方法模擬了激光放大器的光束形狀。這種方法可以精確計算波導效應。為了以一個用戶友好的方式定義泵浦光，光線追跡也包括在內。此外，ASLD 速率方程考慮了三級和四級系統。

泵浦光的分析

ASLD 精確模擬了泵浦光對激光器輸出功率、光束質量和穩定性的影響模擬考慮了二極管和閃光燈在激光晶體中的泵浦光的光譜、偏振和頻率依賴性吸收。因此，端面和側面泵浦的幾何形狀可以相應地設計。在 ASLD 中，泵浦光可以用超高斯公式或光線追跡方法來描述。ASLD 光線追跡可以模擬泵浦光的配置。以下的影響可以納入考慮范圍：光的吸收、散射和反射。

綜上所述，泵浦光的優化設計對于獲得高輸出功率和光束質量的激光器至關重要。

主動和被動 Q 開關

ASLD 能夠分析主動和被動 Q 開關輸出的脈沖能量、脈寬、光束質量和脈沖頻率。

ASLD 還包括一個精確的算法，考慮了被動 Q 開關與可飽和吸收體的物理效應?？娠柡臀阵w的物理性質，如基態和激發態吸收截面，基于這一目的也考慮到了。

通過對低高斯和高高斯模態的動態模式分析，也可以模擬諧振腔內的模式競爭。

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