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RP Resonator – das Software-Werkzeug für Design und Optimierung von Laserresonatoren

Beispiel: Resonator mit automatischer Optimierung

Wir betrachten einen linearen Resonator mit einem Laserkristall am einen Ende:

Ursprünglich wird der Resonator mit grob geschätzten Parametern definiert. Dann optimieren wir ihn numerisch entsprechend den folgenden Designzielen:

• Der Modenradius im Laserkristall soll 250 μm betragen für eine Brechkraft des Kristalls zwischen 0 und 3 /m.
• Der Modenradius beim Spiegel M4 soll 100 μm sein für eine Brechkraft von 2 /m.
• Die totale Resonatorlänge soll 300 mm sein.

Die Optimierungsziele werden erreicht durch Einstellung der Distanzen zwischen den Resonatorspiegeln. Im Skript wird eine Funktion für einen “figure of merit” definiert, der “Strafpunkte” für alle Abweichungen von den gewünschten Eigenschaften enthält und automatisch minimiert wird:

FOM():=  { figure of merit for given arm lengths }
  begin
    const dF = 0.5;
    var F_cr0;
    F_cr0 := F_cr;
    sqrt(sum(F := 0 to F_cr_max step dF,
             ((Init(F_cr := F); w(zm[Crystal], lambda_ref)) / w_cr_w - 1)^2)
         +((Init(F_cr := F_cr0); w(zm[M4], lambda_ref)) / w4_w - 1)^2
         +(L_res / L_res_w - 1)^2
     );
  end

vary
  a in [a_min, a_max],
  b in [b_min, b_max],
  d in [d_min, d_max],
  for minimum of FOM(), ytol = 1e-2

Unten sehen Sie die Resultate der Optimierung. Die Designziele werden mit befriedigender Genauigkeit erfüllt.

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