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

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Präsentation zum Thema: "Innonet Projekt SOL Simulation und Optimierung innovativer Lasersysteme Prof. Dr. Christoph Pflaum Universität Erlangen-Nürnberg Institut für Informatik."—  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 Pumping distribution Population inversion time dynamic y/n Resonator Module in der Lasersimulation Laser-Crystal Configuration side pumped cylinder block Gauss-mode- analysis time dynamic y/n FEA temperature and structural mechanic time dynamic y/n Heat source time dynamic y/n Output beam time dynamic y/n Parabolic fit time dynamic y/n

4 Population inversion time dynamic y/n Pumping distribution Resonator Module in der Lasersimulation Laser-Crystal Configuration side pumped cylinder block FE-mode-analysis time dynamic y/n FEA temperature and structural mechanic time dynamic y/n Heat source time dynamic y/n Output beam 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 Seien normalisierte Eigenmoden. Die Photonendichten dieser Moden seien: Annahme: Die Gesamtphotonendichte ist: Zeitabhängige Gauss-Moden- Analyse

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

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

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

13 Pupulationinversion Beispiel A Zeitlicher Verlauf der TEM00 Mode

14 Pupulationinversion Beispiel B 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: n2 n1 n2n1n2n1

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


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