lascad使用说明

光研科学有限公司LAS-CAD激光腔体设计软件中国独家总代理江苏省南京市小卫街20号310室210094电话:[phone]传真:[phone]E-mail:[e-mail]-CADGmbH1996-2004CopyrightWaveLabScientific光研科学手册目录-2-6.4.3.Option:ExternalBeam选项ExternalBeam（外部光束）........116.5窗口StabilityDiagram（稳定性图表）和StabilityCriterions（稳定性判据）.................................................116.6窗口:AdditionalBeamParametersatDragBarPosition..........126.7窗口：“EntrancePlaneBeamParameter入射平面光束参数”..........126.8窗口“模式剖面图”..............................................126.9窗口CurvatureofPhaseFront（相前弯曲）.......................136.10.窗口“晶体，泵浦广束和材料参数”...............................136.10.1.模式......................................................136.10.2.泵浦光....................................................136.10.3．“边界条件”.................................................176.10.4“材料参数”..................................................186.10.5“掺杂浓度&材料参数”..........................................186.10.6“有限元分析选项”............................................186.11窗口：“三维视图”.............................................196.12.窗口：“泵浦光分布图”..........................................206.13.窗口:”2维数据模型和抛物线拟和”..............................206.14.窗口：“激光输出功率”..........................................216.15.窗口：“光束传输程序”..........................................236.16.窗口：“光束半径的收敛”........................................246.17窗口：“右端反射镜上的强度和相位”..............................246.18.窗口：本征频率光谱.............................................256.19.窗口:本征模.................................................257、BPM代码窗口....................................................................258、demo版的限制...................................................................25附录：吸收系数的计算..............................................................26-3-1.操作平台操作系统：Windows95,Windows98,Windows2000,WindowsXp显示器：VGA以上的彩色显示,昀小分辨率必须为800*600像素内存：推荐使用256或512MB。如果内存太小，FEA程序将使用硬盘上的虚拟内存，运行将会很慢。对于所需的内存，可以根据如下经验公式来确定。如果在有限元分析模型里有N*1000个元，则内存应该不少于2*NMB.如果在有限元分析模型里包含一种以上的材料，那么就需要更多的内存。2.安装遵循常用程序的安装步骤。将光盘放入光盘驱动器中，等待自动安装，或双击程序执行文件setup.exe。如果您正在使用windows95操作系统，您可能看到“下列文件不能自动注册”（“ThefollowingfilesfailedtoSelfRegister”）信息,这种情况可以参考光盘里文件（Documentation）目录中的自我介绍文本文件（readme.txt）。文件（Documentation）目录里的内容在安装过程是可以查阅的。这种情况可以参考光盘里文件（Documentation）目录中还包括快速指南（QuicTour.rtf）,操作手册（Manual.rtf）,演示版限制（Demo_Limitations.rtf）,（brochure.doc）和文献（article.doc）等文本文件。其中，文献（article.doc）文件是一篇2000年5月发表在LaserFocusWorld杂志上的一篇文章。3.物理单位除了波长和光斑的尺寸单位为微米(µm)外，长度单位都是毫米(mm)。除此以外，如果使用其他的单位，会在程序运行前和运行过程中特别文字说加注明。4.计算方法4.1.复高斯模算法复高斯模算法就是采用Siegman所著的激光（Lasers）一书中的第20章里的复ABCD矩阵来计算激光谐振腔里的模式结构以及腔外光束。为此，谐振腔里的所有光学元件都必须作抛物形近似。通常，反射镜和介质的表面都是球面，因此，抛物形近似是很好的近似。在垂直于光轴的X和Y方向上，热致折射率热致分布也作抛物形拟合。表面的热致畸变也用此法。在很多情况下，这样处理是足够精确的。在光轴上，程序使用这些拟合的二阶微商，参见6.1.1节。由于高斯算法在大多数情况下能够给出好的近似，因此它完全被集成到LASCAD的图形用户界面并被用来确定谐振腔的模式结构结构。4.2.有限元分析法（FEA）有限元分析法用于计算晶体的热分布、热形变和热应力。有限的令人感兴趣的结构数目使激光技术工程人员可以方便地调用预先设计好的模型进行有限元分析法的计算。目前在LASCAD里提供的模型有：端面泵浦圆棒以及矩形板条，包括用近平顶的超高斯分布泵浦光泵浦的圆棒和板条，和侧面泵浦圆棒。其他的模型仍在研发中，或者可以按客户要求提供。没有有限元分析法方面的知识，使用者也可以通过LASCAD的图形用户界面来调整这些模型，参见6.10节。晶体的尺寸可以改变，泵浦光束的分布可以灵活地使用超高斯函数来模拟，表面冷却模型可以选择，也可以定义晶体的未掺杂区。利用现代自动网格生成器在晶体内产生等距离的网格并在其表面进行调整。这些等间隔的网格使人们可以用非常快的求解（cuttingedgesolver）技术。基于三维图形软件（OpenGL）技术的复杂的三维可视化代码用以显示有限元分析的结果。-4-4.3.基于光束传输法（BPM）的波动光学代码对于许多波动光学效应不能忽略的情况，与高斯算法的不同，基于快速傅里叶变换光束传输法（BPM）的波动光学代码可以直接逐次利用有限元法算出的结果而不必使用抛物型近似，因此，允许充分考虑有限元分析法（FEA）得出的折射率和结构畸变的三维分布。为此，波在晶体中传播每一小步都要考虑有限元分析法（FEA）的计算结果。为高斯算法的谐振腔模型也可以被直接转换并输入该代码。光束分布图可以利用Fox-Li的迭代法获得，不过计算中采用了很多更先进的计算方法。为了控制迭代过程的收敛性，使用光束传输法（BPM）开始计算后，程序会打开一个图形窗口，来显示迭代过程中随着迭代次数而变化的光斑尺寸，同时另一个图形窗口会周期性的显示输出耦合镜上的强度分布。迭代完成后，相位分布也可以显示。另外，对本征模结构也进行了数值分析。为此，对每个往返周期右腔镜上的振幅数据进行采样。利用这些数据和场相关函数的FFT法对本征频率进行分析。场相关函数的FFT法可以参见M.D.Feit和J.A.Fleck的文章“Spectralapproachtoopticalresonatortheory”,Appl.Opt.,Vol.20,2843-2851(1981).随后，在第二次迭代过程之后，就可以计算本征频率光谱中昀强峰对应的本征模分布。5.程序开始运行启动LASCAD后,您可以在选择工作目录（Selectworkingdirectory）的窗口中选择一个工作目录，或者在输入工作目录（Enterworkingdirectory）窗口内输入一个新工作目录名，由LASCAD产生的所有文件将存放在这一工作目录中，点击“OK”确认后，就会出现LASCAD的主窗口。点击这个窗口的新建项目（File/NewProject）菜单，或者点击工具条昀左边的图标按钮，或者仅仅按一下回车键，就会弹出一个对话框，在对话框中，可以选择驻波腔（StandingWaveResonator）,环形腔（RingResonator），或者外部光束（ExternalBeam），这些选项将在6.4节中详细解释。现在，选择驻波腔，不要改变元件的数目和波长（µm），点击“OK”或按回车键（ENTER）关闭这个对话框，并出现另外两个窗口。上面的模式图窗口（Modeplotwindow）显示一个简单的两面镜驻波腔的高斯模形状，由5条线来表示光轴上不同位置上光斑尺寸的相对分布。下面的谐振腔参数窗口（ParameterFieldwindow）显示在计算中使用的参数值。如果您在此窗口中的任一数值框内输入一个新的值，然后点击应用按纽（Apply）或者回车键（ENTER）后，就会立即执行新的高斯模计算。这些窗口以及其他的LASCAD窗口将会在下面介绍。多数窗口可以通过昀小化和昀大化按钮或用鼠标拖动它们来改变大小。下面按照一个LASCAD的新用户打开这些窗口的先后次序逐一描述。6.LASCAD的各窗口6.1参数区窗口（ParameterField）这个程序里用的都是象反射镜、透镜、介质交界面这类的表面元件。元件之间充满介质。元件和介质都是用参数来描述。大多数参数都可以在垂直于光轴的两个方向分别定义。对参数进行修改并按回车键（ENTER）确认后，程序开始重新计算新的高斯模并产生一个新的模式图。参数区窗口（ParameterField）窗口的前三行依次表示下列各项：•元件号与腔模图窗口中的元件号相对应，高亮度的数值区对应于上面窗口（模式图窗口）的高亮度竖线。点击一数值区或者上面窗口中的竖线，可以把另一个元件设置为高亮度。•元件的类型。下拉框允许选择三种类型：反射镜，介质界面和薄透镜•两个元件之间的间隔前三行的下面，显示的是有如下五个标签页的寄存控制器：-5-x平面的参数y平面的参数孔径常规参数光斑尺寸与之相关的表格中有很多数据框，可以输入参数值。6.1.1X平面参数（x-PlaneParameter）在此表格中第一行的数据框内，可以输入入射角（单位：度）。该参数是元件的法线和入射光束的轴线之间的夹角，由于模式图都是用直线表示法显示的，这个参数在模式图里没有反映出来。尽管如此，在计算中已经考虑了元件与光束之间的角度依赖关系。目前，光束传播必须在x平面，即由x轴和光传播轴（z轴）定义的平面内，而全三维的传播路径与波动光学代码集成在一起。接下来的四行允许列出像散参数，即可在