諧振腔設(shè)計
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2025-12-16
諧振腔設(shè)計的實例教程
雖然輸出的光束輪廓在近場有一個小孔，但光束發(fā)散度很小，對于一些非常高功率的激光器，這種諧振腔的光束質(zhì)量至少比穩(wěn)定諧振腔的光束質(zhì)量要高，特別是在可以容忍較大的衍射損耗的情況下，這樣可以使小孔變得相對較小。
圖1:側(cè)邊反射鏡輸出耦合的非穩(wěn)態(tài)激光諧振腔。
在其他情況下，使用反射鏡面(圖2，例如，帶有橢圓孔的傾斜反射鏡)，它從循環(huán)的內(nèi)腔光束中“刮走”部分光。
圖2:在鏡面輸出耦合的不穩(wěn)定激光諧振腔。
另一種可能性是使用可變反射率鏡，其中反射率隨著到光束軸的距離的增加而減小——通常根據(jù)高斯或超高斯函數(shù)。這種方法可以避免在近場輸出光束輪廓中出現(xiàn)其他典型的環(huán)形結(jié)構(gòu)，并且通常適合于獲得相當(dāng)高的光束質(zhì)量。
在某些情況下，諧振腔在一個方向上是穩(wěn)定的，而在另一個方向上是不穩(wěn)定的。這種混合諧振腔有時用于光束高度橢圓形的情況。
在大多數(shù)情況下，不穩(wěn)定諧振腔比穩(wěn)定諧振腔更難分析和優(yōu)化。對于穩(wěn)定的諧振腔，ABCD矩陣算法允許人們以相對簡單的方式計算各種模式特性，但為了分析不穩(wěn)定的諧振腔模式，人們通常需要數(shù)值光束傳輸。除了合適的軟件外，了解各種復(fù)雜的光學(xué)概念，包括往返放大倍率M和菲涅爾數(shù)NF 等術(shù)語，可能會有所幫助。
不穩(wěn)定激光諧振腔的優(yōu)點和局限性
雖然大多數(shù)激光諧振腔被設(shè)計為穩(wěn)定諧振腔，但不穩(wěn)定諧振腔在某些情況下具有顯著的優(yōu)勢。特別是，它們可以幫助生成激光束非常高光功率并且仍然相對較高光束質(zhì)量。在這種情況下穩(wěn)定諧振腔的一個常見問題是諧振腔模無法實現(xiàn)，或者這種模式對以下干擾非常敏感熱透鏡化或者角誤差。然而，不穩(wěn)定諧振腔可以具有非常大的基模，與所有高階模式相比具有顯著的凈增益優(yōu)勢，并且沒有過度的靈敏度。
雖然大多數(shù)激光諧振腔被設(shè)計為穩(wěn)定諧振腔，但是在某些情況下，不穩(wěn)定諧振腔可以有很大的優(yōu)勢。
展開 ?有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
?MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
?選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
?應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
?輸入場橫向設(shè)置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
?網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
?對于諧振器，仿真時間應(yīng)該足夠長，使時域內(nèi)的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
?用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細(xì)微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S. Lin, et al., "Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes,"Opt. Lett. 33, 2874-2876 (2008);
[3] A.
展開 ? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
? MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
? 應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設(shè)置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應(yīng)該足夠長，使時域內(nèi)的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細(xì)微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S. Lin, et al., "Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes,"Opt.
展開 ? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
? MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
? 應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設(shè)置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應(yīng)該足夠長，使時域內(nèi)的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細(xì)微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp.
展開 ? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
? MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
? 應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設(shè)置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應(yīng)該足夠長，使時域內(nèi)的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細(xì)微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S.
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諧振腔設(shè)計的最新內(nèi)容
Laguerre-Gaussian模型
對于圓柱對稱的激光諧振腔設(shè)計，即具有圓形增益孔徑的激光諧振腔，用Laguerre-Gaussian模型給出了傍軸波動方程的合適解。這些模態(tài)的電場分布可以用Laguerre多項式表示。
課程還深入解析諧振腔設(shè)計中的關(guān)鍵問題（如泄漏分析），結(jié)合實戰(zhàn)案例，助您高效提升仿真技能。
概述
利用GLAD的優(yōu)化功能，諧振腔命令可以對諧振腔的各個參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。整個設(shè)計分為兩個過程：首先，利用“resonator/test”和“resonator/set”命令對給定腔鏡參數(shù)的諧振腔確定腔內(nèi)本征模的尺寸。然后利用GLAD的優(yōu)化功能針對特殊的諧振腔參數(shù)要求進行優(yōu)化設(shè)計，從而得到對應(yīng)的本征模式。
一旦確定了給定要求對應(yīng)的本征模，利用其對應(yīng)的高斯擬合本征模作為初始解就可以計算考慮衍射效應(yīng)的實際橫模分布
在本案例中，針對Nd:YAG激光器的諧振腔，我們基于λ/4膜堆結(jié)構(gòu)，通過理論分析確定了的初始膜系設(shè)計；同時利用電場分布分析對膜層結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使得在滿足高反射率要求的同時，薄膜整體的激光損傷閾值得到了顯著提高。
摘要
1064nm是Nd : YAG激光器常用的光譜線。為適應(yīng)激光波長漂移及不同激光模式的需求
摘要
在本案例中，針對Nd:YAG激光器的諧振腔，我們基于λ/4膜堆結(jié)構(gòu)，通過理論分析確定了的初始膜系設(shè)計；同時利用電場分布分析對膜層結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使得在滿足高反射率要求的同時，薄膜整體的激光損傷閾值得到了顯著提高。
應(yīng)用場景
1064nm是Nd : YAG激光器常用的光譜線。為適應(yīng)激光波長漂移及不同激光模式的需求，必須在中心波長附近保持約20nm的寬帶高反射性能。本案例中
指南3 如何計算Yb:YAG薄片激光器的熱透鏡和激光功率輸出？
目錄
1. 運行LASCAD并定義泵浦光分布 1
2. 用EFA定義邊界條件 3
3. 選項定義控制FEA 4
4. FEA結(jié)果顯示 5
5. FEA結(jié)果拋物線擬合 6
6. 在模式中插入熱透鏡 7
7. 激光功率輸出計算 8
1．運行LASCAD并定義泵浦光分布
光子晶體(PhC)膜腔是集成光子學(xué)中實現(xiàn)緊湊光學(xué)元件的理想材料。功能可能包括激光器、開關(guān)或放大器。在案例中，計算了L5 PhC薄膜腔的基模。PhC板由一個被空氣包圍的薄介質(zhì)膜和在一個規(guī)則的、有限的、六邊形網(wǎng)格上穿孔的圓孔組成。對于L5腔，省略了沿裝置中心線的5個孔。共振模式被定位在缺失的孔隙處。因為該結(jié)構(gòu)有三個對稱平面(x=0, y=0, z=0)，計算區(qū)域選擇為全結(jié)構(gòu)的1/8，在對稱平面上采用鏡像邊界條件
光子晶體(PhC)膜腔是集成光子學(xué)中實現(xiàn)緊湊光學(xué)元件的理想材料。功能可能包括激光器、開關(guān)或放大器。在案例中，計算了L5 PhC薄膜腔的基模。PhC板由一個被空氣包圍的薄介質(zhì)膜和在一個規(guī)則的、有限的、六邊形網(wǎng)格上穿孔的圓孔組成。對于L5腔，省略了沿裝置中心線的5個孔。共振模式被定位在缺失的孔隙處。因為該結(jié)構(gòu)有三個對稱平面(x=0, y=0, z=0)，計算區(qū)域選擇為全結(jié)構(gòu)的1/8，在對稱平面上采用鏡像邊界條件
1. 啟動LASCAD并定義一個簡單激光腔
?選擇Start/Programs/LASCAD/Lascad啟動LASCAD，
?定義一個工作目錄，
?點擊“OK”，打開LASCAD主窗口，
?點擊最左邊的工具欄上的“New Project”按鈕或者執(zhí)行菜單項“File”，
?將“Number of Face Elements”增加到4，
?輸入適當(dāng)?shù)牟ㄩL并保持其它默認(rèn)設(shè)置不變
本案程演示了環(huán)形諧振腔的模擬。這種類型的集成光子器件，例如用作升/降濾波器或在傳感應(yīng)用中，當(dāng)物質(zhì)或粒子附著在環(huán)上時，通過測量其共振頻率的位移來檢測：
對于集成光子電路中的無源光器件，s矩陣通常是研究的熱點。它描述了通過端口/波導(dǎo)進入設(shè)備的電磁場如何傳播到設(shè)備的所有端口。s矩陣的項是繼承磁場振幅變化和相移的復(fù)數(shù)。一個完整的器件網(wǎng)絡(luò)通常是通過計算所涉及結(jié)構(gòu)的所有s矩陣，然后求解電路的全局耦合
