基于zemax的激光諧振腔設計015

1、Zemax激光光學設計實例應用——自學案例匯編激光光學設計實例應用——自學案例匯編015：基于：基于Zemax的激光諧振腔設計的激光諧振腔設計在這一節(jié)的實例中，我們將用Zemax進行激光諧振腔的設計。激光諧振腔的理論包括衍射積分計算和高斯光束ABCD矩陣分析等，通常基模高斯光束諧振腔可以采用ABCD矩陣光學分析最為簡便實用。ABCD矩陣光學可以用于計算高斯光束的傳播變換，但不能直接計算諧振腔的結構參數(shù)，因為諧振腔必須滿足光束自洽條件。一

2、般情況下，我們設計諧振腔，是先選擇腔型結構，例如晶體尺寸、諧振腔長度、反射鏡曲率、元件位置等等，然后通過光束自洽條件，分析振蕩模式的參數(shù)，比如光斑尺寸、束腰位置、諧振腔穩(wěn)定性等等。但是這種方法比較被動，不利于元件的有效利用，比如我們想在某個確定位置獲得束腰和合適的束腰大?。ɡ绶蔷€性光學要求）、或者腔長、元件的位置空間有限，又得重新修改元件參數(shù)，再重新分析光束參數(shù)特性，比較繁瑣。這里，介紹一種筆者所謂的逆向設計方法，從光束參數(shù)的特性要求

3、來選擇合理的腔型結構和元件參數(shù)。假設有一個晶體棒，長度為100mm，經過泵浦光激活后由于熱透鏡效應產生類似于自聚焦透鏡的變換效果。因為晶體棒比較長，不方便作為薄透鏡處理，所以用梯度折射率元件替代比較合適。而自聚焦透鏡的焦距，作為演示可隨意設置，通常在幾十mm至幾百mm范圍。晶體棒的直徑通常在3mm10mm范圍之間，但這個參數(shù)在光束分析時并沒有很嚴格的意義。先將系統(tǒng)參數(shù)設置為波長1064mm，入瞳直徑設為10mm，視場默認為0度。梯度折射

4、率元件用面型參數(shù)Gradient1確定，注意注意這里有很多種梯度折射率面型可以選擇，其他的設置參數(shù)較多，我們選擇最簡單的一種。如圖151所示，Gradient1有四個主要參數(shù)確定，DeltaT為追跡使用的步長，默認為1，這里設為0.1；n0為介質的基本折射率，查詢Nd:YAG的基本折射率為1.82；Nr2為二次折射率系數(shù)，Nr1為線性折射率系數(shù)，我們忽略線性折射率，只考慮二次折射率，Nr2的值設為0.00007。然后查看梯度折射率元件所

5、產生的等效焦距，大約為147mm，注意注意這個梯度折射率介質的長度只有50。《Matlab輔助激光光學分析與應用》作者出品Zemax激光光學設計實例應用——自學案例匯編激光光學設計實例應用——自學案例匯編圖153激光諧振腔3D光路結構接著打開Analysis→PhysicalOptics→ParaxialGaussianBeam旁軸高斯光束分析窗口，如圖154所示，將光束質量因子設為1，起始束腰位置設在Surface1，并將迭代分析數(shù)據

6、的位置設為最后一個面（IMA）。然后，一邊修改起始束腰尺寸大小WaistSize，一邊Update觀察下面的數(shù)據，尤其是光斑尺寸Size和束腰尺寸Waist的值，當這三個值幾乎完全相同時，說明光束參數(shù)已經滿足諧振腔的自洽條件，那么這時候的光束參數(shù)就是諧振腔的振蕩模式。手動修改的方式也并不復雜，當修改后的值變大或變小時，三者之間的差異越來越大，這說明應該往反方向修改，因為這個搜尋過程是單方向收斂的，只有唯一的基模參數(shù)滿足條件，修改幾次之后

7、，誤差在1%左右就差不多了，更精確也沒有什么意義了。通過搜索，我們發(fā)現(xiàn)在當前諧振腔結構下，起始基模高斯光束的束腰半徑尺寸為0.1813mm時，基本滿足自洽條件。點擊OK確認，回到旁軸高斯光束數(shù)據窗口，可以查看每個面上的光束參數(shù)，如圖155所示。以為諧振腔是對稱的，所以滿足自洽條件的高斯光束在光路追跡的過程中也應該是對稱的，從數(shù)據列表來看，也確實是這樣的，說明尋找到的光束參數(shù)是正確的。如果你想查看某個指定位置的光束參數(shù)，可以在指定位置插入