在本教程項(xiàng)目中，我們研究了加熱對實(shí)際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當(dāng)然會影響波導(dǎo)模式的形狀和傳播常數(shù)。通常加熱會增加折射率，從而導(dǎo)致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導(dǎo)激光器的截面：
二極管激光器由一個(gè)pn-結(jié)組成。用于激光模式的橫向波導(dǎo)是由蝕刻在結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設(shè)置的.
熱傳導(dǎo)項(xiàng)目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設(shè)備內(nèi)的溫度分布。 相應(yīng)的項(xiàng)目文件位于單獨(dú)的子文件夾“heat”中。 溫度分布的長度尺度當(dāng)然比光學(xué)分布圖大得多。 此外，還必須考慮設(shè)備，散熱器等的整體安裝。 因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計(jì)算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個(gè)額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個(gè)空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設(shè)置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環(huán)境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應(yīng)溫度。
在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化也是可用的，自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化可以清晰地細(xì)化溫度場解顯示出最顯著特征的網(wǎng)格.
熱效應(yīng)與光學(xué)模擬的耦合
溫度升高對光學(xué)模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數(shù)的熱光學(xué)校正，計(jì)算出的基本模態(tài)如下所示:
項(xiàng)目定義使用了基本傳播模式示例中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置.
熱透鏡
為了量化熱透鏡的效果，我們在參考子文件夾中定義了一個(gè)參考項(xiàng)目。與溫度依賴模式項(xiàng)目的唯一區(qū)別是源文件定義:
在整個(gè)計(jì)算域上設(shè)定一個(gè)恒溫溫度= 293。為了比較模式的寬度，我們在一個(gè)后處理中輸出了計(jì)算的本征模在活動(dòng)區(qū)的切片上。
為了在Matlab®或Octave中可視化，我們提供了一個(gè)小腳本plot_slice.m可以用來繪制模態(tài)的輸出截面:
將參考模(紅色)和溫度依賴模(藍(lán)色)繪制成同一圖，可以清楚地觀察到熱透鏡效應(yīng)：
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