Zemax操作16--激光谐振腔（含晶体）

系统参数

1064nmm，入瞳直径10mm，视场0度

一、激光晶体设置

我们把晶体用梯度折射率元件仿真，热透镜效应产生的焦距在几十毫米到几百毫米之间，直径一般在1-20毫米

我们插入渐变1为晶体，其中厚度设为50，净口径设为110，delta t为追迹步长，设为0.1，n0为中心折射率，我们假设使用Nd:YAG，设为1.82。Nr1为线性折射系数，Nr2为二次折射系数，我们忽略线性折射率，只考虑二次折射率，Nr2=-0.00007

在评价函数编辑器中插入“EFFL”，即有效焦距，可以看到等效焦距为147mm

二、谐振腔设计

谐振腔腔型选择简单的直线对称结构，两个腔面型相同，晶体位于中心

谐振腔光束自洽：光线追迹要通过所有面型2次，再回到原来的位置

谐振腔长600mm，晶体长100mm，激光晶体端面到反射镜的距离为250mm，腔反射镜的反射率为250mm，凹面镜

将镜头数据按照如下参数设计，再打开3d视图

打开上方工具栏的“高斯光束”--“近轴高斯光束”，打开设置，将光束质量因子设为1。起始束腰位置设为面1（即晶体中心），迭代分析数据位置设为表面17（即像面），如下图：

 这时我们需要自己设置一下束腰尺寸，让图中的光斑尺寸和束腰尽量相同

 查看下面的数据，可以发现同一位置光线往返的光斑尺寸是相同的，如11和15

三、光束质量优化

以上的仿真基模体积比较小，即高斯光束束腰半径小。基模体积小容易激发高阶模式，导致光斑模式变差和模式竞争。基模体积越大，高阶模式就越少，模式竞争也就越小，功率稳定性越好，光束质量越好

我们假设将基模束腰半径从0.1813增加到0.5，可以调整腔镜曲率，打开“近轴高斯光束传播”，设置如下图，并将迭代分析数据位置设为面5（即右腔镜的前一个面）

可以看到这时的相位曲率半径（即高斯光束的波前曲率半径）为128.2939，这就是束腰半径为0.5mm时对应的腔镜曲率半径，输入到镜头数据中

 再打开“近轴高斯光束传播”，可发现已满足自洽条件

以上谐振腔的仿真，谐振腔是对称的，因此把起始面放在晶体棒的中心位置；如果谐振腔是不对称的，但晶体端面处的光束参数是对称的，也还可以将起始面放在晶体棒的中心位置；其他情况下，要找到一个位置为束腰位置，例如平面镜，将其设置为起始面，然后根据迭代数据找到指定位置的光束参数，再评价是否可以达到设计要求。

四、光斑强度分布 

打开“分析”里的“物理光学”，打开设置，采样、宽度、束腰设置如下，选择照度峰值，光斑如图