ASLD高级固体激光器设计及仿真软件

软件简介 

ASLD 激光仿真软件的设计和实现采用了最先进的编程技术。用于激光仿真的算法已为物理效应的精确建模而专门制定并快速执行。它们是通过深入研究发展起来的，并在许多专业期刊和会议上发表过。

ASLD 基于激光器件建模的最新数学算法进行仿真。ASLD 为固态激光器的发展挑战提供量身定制的解决方案，并使用专门开发的数字工具。这些可选择性地用于优化激光器和满足非常独特的标准和公差。

ASLD 可用于模拟以下分析：

• 多能级固体激光谐振腔和放大器的设计与仿真
• 各种材料如Nd:YAG、Yb:YAG、Er:YAG、Er:glass 或 Tm,Ho:YA 等。
• 计算输出功率、光束质量、脉宽和重复频率
• 稳定性分析(偏振依赖)
• 高阶和低阶激光模式的动态多模分析
• 机械应变、应力和双折射的精确计算
• 多晶体谐振腔
• 基于可饱和吸收体Cr:YAG 的主动和被动Q 开关激光器
• 基于SESAM 的脉冲激光器
• 高功率激光器，如不同形状的薄圆盘(平板)激光器
• 用于放大器的光束传播方法
• 固体激光器多程激光放大
• 超短啁啾脉冲放大
• 克尔透镜和增益波导效应
• 偏振效应
• 热透镜效应，波前畸变
• 二次谐波
• 泵浦设计(泵浦光谱，泵浦几何形状，脉冲泵浦等)
• 高功率激光器的超高斯模式分析
• 多晶体谐振腔
• 参数分析
• 对泵浦光的光线追迹

功能描述

热分析与结构分析

为了计算热透镜效应，需要对激光晶体进行热分析和结构分析。

友好的图形用户界面(GUI)可以灵活设计激光晶体几何形状，如板条、斜面、圆柱体和锥体，以及各种类型的冷却。

ASLD 包含一个快速、高精度的三维有限元方法。它也适用于很长或很薄的激光晶体和小泵浦半径的泵浦光。有限元求解器考虑了激光晶体依赖于频率的吸收，并允许设定泵浦光的光谱。

这也包括一个完整的三维动态分析(由FE)，这是模拟脉冲泵浦光激光器的热透镜效应所必需的。

输出功率和光束质量分析

动态多模分析 DMA 根据光束半径、泵浦/谐振腔配置和特殊光学元件(如孔径和高斯输出耦合器)计算输出功率和光束质量(M2)。

DMA 方法允许在激光晶体中基于有限体积离散网格计算粒子数反转。用速率方程模拟了激光在不同高阶和低阶高斯模式下的时间动态特性。

速率方程系统

ASLD 可以根据一组任意速率方程来模拟谐振腔模式的动态特性。这包括对共掺杂材料和各种离子间机制的模拟，例如上转换、能量转移或交叉弛豫。速率方程存储在一个材料数据库中，用户可以对其进行扩展。一个友好的 GUI 让用户通过添加离子机制和能级建立个性化的速率方程。

对任意速率方程的模拟可以精确地模拟谐振腔模式的动态特性。此外，它使用户能够准确地模拟激光晶体中的热透镜效应。热源可以用离子间跃迁和粒子数来计算。ASLD 可以模拟 Nd:YAG、Ho:YAG、Er:YAG、Er:glass 或 Tm、Ho:YAG 等增益介质的激光器。此外，ASLD 速率方程考虑了多能级系统、依赖温度的受激辐射截面和重吸收。

激光器稳定性、光束半径及参数分析

ASLD 分析了固体激光器的稳定性，并根据谐振腔结构和热透镜效应计算其光束半径。此外，还可以根据激光束的偏振特性来计算激光谐振腔的稳定S性。ASLD 还模拟了影响激光器稳定性的主要因素。

此外，ASLD 为激光谐振腔的优化设计提供了参数分析的工具。激光谐振腔的输出功率、光束质量和稳定性图可以绘制为一系列输入参数:

• 泵浦光功率
• 泵浦频移
• 输出镜的反射率

ASLD 能够计算每个输入参数变化对上述输出量的影响。参数分析使用先进的算法，从而最小化的计算时间并节省谐振腔优化的成本。

超短脉冲放大器

ASLDASLD 软件包可以模拟仿真放大器的输出功率和增益。粒子数反转是在三维有限体积网格上模拟的。这样就可以精确计算出泵浦的配置对输出功率的影 响。以上有效地模拟了单程和双程。此外，还可以模拟超短和啁啾脉冲放大 器。

ASLD 考虑了增益波导、克尔透镜效应和泵浦光分离等影响，提供了计算输出功率的精度。采用光束传播法(FEM-BPM)等方法模拟了激光放大器的光束形状。这种方法可以精确计算波导效应。为了以一个用户友好的方式定义泵浦光，光线追迹也包括在内。此外，ASLD 速率方程考虑了三级和四级系统。

泵浦光的分析

ASLD 精确模拟了泵浦光对激光器输出功率、光束质量和稳定性的影响模拟考虑了二极管和闪光灯在激光晶体中的泵浦光的光谱、偏振和频率依赖性吸收。因此，端面和侧面泵浦的几何形状可以相应地设计。在 ASLD 中，泵浦光可以用超高斯公式或光线追迹方法来描述。ASLD 光线追迹可以模拟泵浦光的配置。以下的影响可以纳入考虑范围：光的吸收、散射和反射。

综上所述，泵浦光的优化设计对于获得高输出功率和光束质量的激光器至关重要。

主动和被动 Q 开关

ASLD 能够分析主动和被动 Q 开关输出的脉冲能量、脉宽、光束质量和脉冲频率。

ASLD 还包括一个精确的算法，考虑了被动 Q 开关与可饱和吸收体的物理效应。可饱和吸收体的物理性质，如基态和激发态吸收截面，基于这一目的也考虑到了。

通过对低高斯和高高斯模态的动态模式分析，也可以模拟谐振腔内的模式竞争。