Rp 谐振腔设计软件培训讲义

含义 z位置处子午/弧矢方向光斑半径 z位置处子午和弧矢方向光斑半径的几何平均值 光腰位置弧矢和子午方向的光斑半径 光腰位置弧矢和子午方向的光斑半径的差值 z位置处弧矢/子午方向等相位面曲率半径 z位置处弧矢和子午方向等相位面曲率半径的几 何平均值
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• 实例
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谐振腔分析理论
• 传统谐振腔分析理论 • ABCD传输矩阵
A B M M 1M 2 M 3 M 4 C D M 4 M 3M 2 M1
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! F_cr0:=F_cr
f: w(x*cm,lambda_ref)/um, ["w(z) (祄) for F_cr = ", F_cr:d3:"/m"], color=blue, width=1, init Init(F_cr:=F), color=egacolor(4*F/F_cr0), width=3, style=fdashed, for F:=0.5*F_cr | 1.5*F_cr 设定图像中曲线的格式 ! Init(F_cr:=F_cr0)
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变量名称 w_t(z,lambda)/w_s(z,lambda) w(z,lambda) w0_s(z,lambda)/w0_t(z,lambda) dz_w(z,lambda) R_s(z,lambda)/R_t(z,lambda) R(z,lambda)
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3. Beam Radii vs. Dioptric Power 例： diagram 3:
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输出图像格式设定
• 1.Drawing the Resonator Setup
命令 direction= component color=gray beam color=blue center=... magnification=... showfocus noexternal 含义 定义旋转方向 为光学元件设定颜色 为光线设定颜色 把给定的光学元件设定为图像中心 设定缩放系数 显示光腰位置 省略腔外元件
设定在不同热透镜焦距情况下， 光斑半径随位置的变化
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f: w(x*cm,lambda_ref)/um, "w(z) (祄)", color=blue, width=3 设定曲线的 颜色和线宽 ! line((z:=zm[M1])/cm, z/cm+i*w(z,lambda_ref)/um) "M1", (zm[M1]/cm)c, (w(zm[M1],lambda_ref)/um+50)b 设定光学元 件名称在图 ! line((z:=zm[M2])/cm, z/cm+i*w(z,lambda_ref)/um) 像中的位置 "M2", (zm[M2]/cm)c, (w(zm[M2],lambda_ref)/um+50)b
例： draw resonator, “Resonator setup”, direction=0 deg, showfocus， magnification=0.8
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x
L1
HR Laser Crystal

L2 L3
OC
• 稳定性条件：
• 腔内光斑大小：
2
A D 1 1 2
B 1 ( A D) / 22
• 激光晶体热透镜焦距的变化：
r (n 1) K A 1 dn 3 f n0 Cr , 0 0 Pd 2 dT L
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输出的图表
光斑大小随位 置的变化
光斑大小随热透 镜焦距的变化
谐振腔构造图
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软件可计算的变量
变量名称
NoElements L_res L_rt L_ext stable stable_s/stable_t GDD
含义
元件个数（包括air spacing） 谐振腔几何长度 谐振腔往返总长度（驻波腔为L_res的2倍） 腔外的路径长度 谐振腔稳定性，1代表稳定，0代表不稳定） 子午和狐矢方向的稳定性 谐振腔往返总群延迟色散
2. Beam Radii vs. Position 例： diagram 2:
"Beam Radius vs. Position"
; Range of x and y axes: x: 0, L_res/cm+L_ext/cm {x轴范围从0到谐振腔长度与腔外长度之和} "z position (cm)", @x y: 0, 520 {y轴范围从0到520} frame legpos 100, 150 { 图例的位置} hx hy
{表示入射光斑半径100μm，位于首个 光学元件之前10cm处} l1
R2
L
驻波腔
l5
l6
l2
环形腔
光单次通过
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光学元件定义
• 1. Mirrors 球面反射镜的定义，例： * mirror: R=0.1, theta=-pi/6 {定义一个球 面反射镜，曲率半径10cm，正半径值表示凹面镜，负半径值表示凸 面镜，平面镜的半径定义为0，光线入射角度用弧度制}
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RP Resonator软件介绍
• RP Resonator是一款功能强大的谐振腔分析与设 计软件，费朗霍夫研究所、耶拿大学、英国南普 顿大学等都在使用该软件。
1<0
1 2
2>0
柱面镜可定义R_t（子午方向半径）和R_s（弧矢方向半径）
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• • • •
2. Air Spaces 例： * air: d=0.3 {定义一个空间距离30cm} 3. Lenses 例： * lens: f=0.1 {定义一个球面薄透镜焦距10cm，正焦距表示凸透 镜，负焦距表示凹透镜} 柱透镜 f_t和 f_s分别表示子午和弧矢方向焦距 4. Diffraction Gratings 例： * grating: pitch=1 mm/600, theta=20 deg, q=-1 {定义一个衍 射光栅，每毫米有600行，入射角度20°} 5. Gaussian Apertures 例： * aperture: R=100e-6 {定义一个光阑，半径0.1mm} 非圆形光阑， R_s和R_t分别表示弧矢和子午方向半径
! line((z:=zm[M3])/cm, z/cm+i*w(z,lambda_ref)/um)
"M3", (zm[M3]/cm)c, (w(zm[M3],lambda_ref)/um+50)b ! line((z:=zm[M4])/cm, z/cm+i*w(z,lambda_ref)/um)
"M4", (zm[M4]/cm)c, (w(zm[M4],lambda_ref)/um+50)b 设定图像中光学 元件下面的指示 线
α1<0 α2>0
α1
α2
折射率n可以写成函数的形式 棱镜两个通光端面如果是带有曲率的，曲率半径可以用R1和R2来定 义，R1_t, R1_s, R2_t, R2_s来定义弧矢和子午方向的半径
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模拟各种复 杂谐振腔
具备自动优 化功能
优 点
计算各种谐 振腔参数
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软件截图
菜单栏 输入向导，快捷输 入各种谐振腔参数
输出区 显示各 种谐振 腔参数
日志区可输出谐振腔的传输 矩阵，提示错误原因
谐振腔参数定义
• 计量单位定义 例：include ”Units.inc” （使用SI单位制） • 波长定义 例：lambda_ref:=1064 nm R1 • 腔型定义
1. A linear resonator (standing-wave resonator) resonator: linear or resonator : standing-wave 2. A ring resonator resonator: ring l4 3. A single pass l3 resonator: single pass, w=100e-6, z=-0.1
RP Resonator
2015年2月4日@华中科技大学
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内容
• 谐振腔理论介绍
• RP Resonator软件介绍
• 谐振腔参数定义 • 软件输出的变量和输出图像设定
• 7. Common Options for all Optical Elements size= ... {定义元件的尺寸大小} 例： * mirror: R=0.1, theta=-pi/6，size=2 cm label=“...“{定义元件的标签，在谐振腔结构图中会显示所定义的元件 的标签} 例：["R = ", R1:d3:"m"] GDD=...{定义群延迟色散，单位：s2） • 8. External Optical Elements 例： external: after M3 * air: d=100 mm * lens: f=20 mm * air: d=50 mm external end
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• 6. Prisms 适用范围：晶体、厚透镜、GRIN透镜和波导类物质等 例： * prism: l=4 mm, n=1.82, theta=0 deg, alpha=0 deg {定义一个棱镜，折射光束通过的几何长度为4mm，折射率为1.82，光 线入射角度为0度（定义方式与mirrows相同），棱镜两通光面之间 角度为0度}