Prof. Dr. Christoph Pflaum Universität Erlangen-Nürnberg

Präsentation zum Thema: "Prof. Dr. Christoph Pflaum Universität Erlangen-Nürnberg"—  Präsentation transkript:

1 Innonet Projekt SOL Simulation und Optimierung innovativer Lasersysteme
Prof. Dr. Christoph Pflaum Universität Erlangen-Nürnberg Institut für Informatik

2 Mitarbeiter im Innonet Projekt SOL
Leitung: Prof. Dr. Christoph Pflaum Wissenschaftliche Mitarbeiter: Matthias Wohlmuth Britta Heubeck Studentin: Bachelorarbeit: Kristina Pickl Studentische Hilfskräfte: Severin Strobl Matthias Heine Florian Rathgeber

3 Module in der Lasersimulation
Pumping distribution FEA temperature and structural mechanic time dynamic y/n Heat source time dynamic y/n Parabolic fit time dynamic y/n Laser-Crystal Configuration side pumped cylinder block Resonator Gauss-mode- analysis time dynamic y/n Output beam time dynamic y/n Population inversion time dynamic y/n

4 Module in der Lasersimulation
Pumping distribution FEA temperature and structural mechanic time dynamic y/n Heat source time dynamic y/n FE-mode-analysis time dynamic y/n Laser-Crystal Configuration side pumped cylinder block Resonator Output beam time dynamic y/n Population inversion time dynamic y/n

5 Temperatur und Deformations-Berechnungen
Trilineare Finite Elemente Blockstrukturierte Gitter zeitabhängige Simulation von Temperatur und Deformation des Laserkristalls

6 Finite Elemente Simulation
Die Finite Elemente Simulation führt zu großen linearen Gleichungssytemen > Unbekannte Lösungsmethoden: direkte Löser iterative Löser optimal sind Mehrgitterverfahren

7 Simulation von optischen Wellen
Periodische Lösungen mit fester Polarisation können durch die Helmholtz-Gleichung beschrieben werden: Klassische Lösungsmethoden sind: Gauss-Moden-Analyse Beam Propagation Methode und Iterationsverfahren von Fox and Li Finite Element Approximation

8 Wissenschaftlich neue Simulationen der optischen Welle
Zeitabhängige Gauss-Moden-Analyse kurzfristig möglich 1. Schritt: Beschreibung des Laserresonators durch das aktuelle LASCAD-Output-file 2. Schritt: Einbau in LASCAD Finite Elemente Simulation bei langen Resonatoren langfristig

9 Zeitabhängige Gauss-Moden-Analyse
Seien normalisierte Eigenmoden. Die Photonendichten dieser Moden seien: Annahme: Die Gesamtphotonendichte ist:

10 Raten-Gleichungen für Gauss-Moden
Ratengleichungen für s Moden Ratengleichung für die Populationinversion

11 Normalisierung und Diskretisierung der Raten-Gleichungen
Ratengleichungen für s Moden Ratengleichung für die Populationinversion

12 Numerische Ergebnisse
Modellbeispiel: Resonator mit zwei gekrümmten Spiegeln Pumpleistung 18 W 2 Moden TEM00 und LG10 2 Pumpkonfigurationen:

13 Beispiel A Pupulationinversion Zeitlicher Verlauf der TEM00 Mode

14 Beispiel B Pupulationinversion Zeitlicher Verlauf der TEM00 Mode

15 Problem bei der Modenberechnung mit Finiten Elementen
Der 1-dimensionale Operator besitzt die oszillierenden Eigenvektoren sehr große Diskretisierungsgitter Die zugehörige Bilinearform ist nicht positiv definit.

16 Zwei-Wellen-Ansatz Der Zwei-Wellen-Ansatz führt zu:

17 Numerische Ergebnisse
Verhältnis der Gebietsgröße zur Wellenlänge:

18 Wellen Finite Elemente
Zur Simulation von internen Reflexionen benötigt man geeignete Finite Elemente:

19 Wellen Finite Elemente
Simulation eines DFB Lasers: n1 n2 n1 n2 n1 n1 n2 n1 n2

20 Organisatorisches Wann und wo das nächste Treffen? Finanzen

21 Fragestellungen Wer kann welche Tests machen?
Welche Firma sollen wir wann besuchen? Was gibt es zu optimieren?

22 Fragestellungen Konkrete Probleme für die Simulation notwendig ist?
Nichtlinearitäten? Modenstruktur? Bestimmter vorgegebener Modenverlauf? Gepulste Laser? Welche? Photonische Kristalle