**reZonator**软件使用教程
reZonator软件使用教程（自用版）
reZonator软件介绍
ReZonator 是一款专注于光学器件设计与光场仿真的软件工具。它的设计专门用于光学谐振腔设计中。软件主要通过数值计算和模拟方法，帮助用户优化光学元件、分析光传播和谐振腔特性。
1 下载
打开网站：http://www.rezonator.orion-project.org/
点击左侧的下载
进入下载页面后，选择自己电脑对应的系统版本
下载好后解压 ，双击.exe文件运行
2 使用教程（包含线性腔设计）
- 打开reZonator软件
可以看到可以创建这三种类型的系统：常用的V型腔，Z型腔，我们采用的都是Standing-Wave Resonator，环形腔采用Ring Resonator，而Single-Pass System 一般是光束单次通过透镜组的变化等。上面的Open Example中也有例子。 - 本文采用的例子是一个Z型腔的设计
首先新建一个Standing-Wave,界面如下，下面红色区域是激光波长，腔型，稳定性，上方绿色框表示一些谐振腔的特性和功能。 - 我们可以根据一篇文章给出的腔内模式图来参考设计复现。
- 我们根据实验装置图和腔内模式图设计出谐振腔，首先，我们判断这张模式图是从SESAM处开始添加元件，因为在SESAM处的光斑需要聚焦。
- 双击首行添加镜子，此处用Flat mirror来表示SESAM。
- 接着，我们再添加一段距离表示光路。
从模式图中我们可以判断这一段距离差不多为350mmd1。
7. 接着我们添加凹面镜，我们推测凹面镜为R=700mm,因为焦点处离凹面镜的距离-f/2。下面的α表示凹面镜的折叠角度，我们在搭建过程中凹面镜的角度越小越好，但实际角度不可能为0，所以我们在设计模拟时候添加上一定的小角度，能够更准确的判断谐振腔的稳定性。8.我们知道在腔型设计中，平面镜几乎不会对模式的变化产生影响，在软件设计中我们通常忽略不计，接着我们看模式图，下一个折点出现大大概1100mm,的位置，1100-350=750，我们可以得到两个凹面镜中间的d2光路距离为750mm。
接着，我们看到一个V型的模式变化，两边齐平，这很明显是两个凹面镜的焦点处并且这是一个对称的，根据V型两端距离约为400mm,我们可以判断出长臂凹面镜f=400mm,折叠角α=2°。
10. 在块状固体激光器中一般两个凹面镜之间的焦点处是增益介质，在添加增益介质前我们需要添加一段200mm的空间光路d3，接着我们添加增益介质，文中是一块7mm厚的掺杂2%Yb的CALGO晶体，元件选择Tilted plane-parallel crystal。
在块状激光器中，热透镜效应是不可忽视的影响热稳定性重要的一点。在此处我们粗略将热透镜等效于晶体中间夹杂着一个正透镜。L表示晶体长度，这里我们二分为一，L=3.5mm，n是折射率，需要查阅文献，我们这里n约为1.92，α为角度，我们将晶体放置在两凹面镜的直线上，角度近似为0°。中间添加一个正透镜，一开始，我们将其设为较大的值，接着我们将点击红框按钮将元件上移动到两子晶体中间。
12. 接着是一段200mm的空间光路d4,然后是同样的R=400的短臂凹面镜。
根据模式图距离断臂凹面镜之后是一段约为d5=450mm的空间光路，后接着输出镜，元件选择也是Flat mirror
腔型设计完成，我们需要双击红框内修改下面的中心波长，一般为输出激光的波长，和泵浦源和增益介质晶体有关，本设计的中心波长为1040nm,此时我们还可以看到旁边的圆圈变为绿色，可以快速判断此时腔的稳定性，绿色表示稳定，红色表示不稳定。
3 腔型参数查看与调控
在设计完谐振腔后，我们通常需要对设计的腔进行调试以便于满足自己的设计需求。
3.1 参数查看
3.1.1 重复频率
通过点击上方红框内的按钮我们可以得到设计的腔重复频率为：76.3MHz,腔长为1.96m。
3.1.2 稳定性
通过上方的圆圈M按钮可以快速的计算ABCD传输矩阵，我们可以看到出现了两行稳定性参数，我们一般参考第一行，我们可以看到，此时数值为-0.9，此时已经处于稳定边缘位置，理论上-1<P<1都是稳定区间。但由于实际的腔型搭建存在测量误差，很容易因为较小偏差而不出光，所以理论上P约接近于1越稳定。（而对于第二行的P值，0<P<1都属于稳定，约接近于1越稳定）
3.1.3 腔内模式变化
通过以上三个步骤，我们可以得到腔内模式变化图如下，我们可以看到由于凹面镜折叠角导致子午面和弧矢面重合度降低出现像散。在实际光路搭建中本人遇见的输出光斑变椭圆的情况，通过增加反射镜减小凹面的角度可以改善该情况。
3.1.4 腔内元件模式大小
想要知道SESAM处的光斑大小除了通过上面的模式图通过移动中间的十字到最左边的位置，在上方白色导航窗口显示的Y值，还可以通过以下这个模式来查看，此时SEAM处光斑大小为135×128，注意，这里表示的都是半径。
3.2腔型调控
3.2.1 某一光路距离对稳定性的影响
首先，我们探讨凹面镜与SESAM之间距离d1对稳定性的影响。
在得到以上稳定性图后，横坐标是d1的距离，纵坐标是稳定性，**小于-1是不稳定，红色箭头方向；绿色箭头方向稳定。**在设计谐振腔时，我们总是希望朝着稳定的方向前进，所以我们可以将d1的距离增加，如增加20mm。将350增加到370，如下图，我们可以看到稳定性变成了-0.7,越接近于0约稳定，我们可以看得到稳定性有所增加，并且看右边的模式图像散也有所改善。
同时，在改善的过程中我们也要注意在腔型设计时候的一些先提要求，比如在文中这个例子，我们采用的泵浦源聚焦的光斑只能达到最小直径240 μm，为了满足模式匹配，我们需要在晶体处的光斑大约为200 μm,而为了防止SESAM被打坏，SESAM处的光斑需要达到400 μm，而当我们将d1距离增加到450mm时候，我们可以看到稳定性变成了-0.1，更稳定了，但SESAM处的光斑和晶体处的光斑都出现了明显的变化，不满足模式匹配的要求了。
3.2.2 某一元件对稳定性的影响
我们知道在全固态激光器中热透镜的影响不可忽视，这里我们需要测试一下我们设计的腔能承受住的热效应范围。和上述的功能相似。我们将变化的元素改成F1，焦距改成0到1000mm,热透镜越强，等效的焦距越小，对谐振腔稳定性影响越大。
我们发现此时的腔型设计热稳定性非常好，就算热透镜非常大接近于0mm依旧稳定。
而当修改d1为450mm,后可以看到当焦距x轴坐标接近于60mm时候，变得不稳定。
3.2.3 某一元件的改变对一元件处光斑变化的影响
我们希望晶体处的光斑直径约为200 μm，我们通过改变凹面镜之间的距离来实现。我们通过d4处的距离来判断晶体处的光斑变化，F1 是晶体的中间。
我们可以看到将d4改为201mm就可以实现晶体处的模式匹配，此时SESAM处要满足模式匹配也可以采用此方法，更改d4的距离，或者d1的距离。多次尝试后即可实现两者均合适。
如下图所示，SESAM处光斑接近400μm，晶体处光斑接近200μm，稳定性处于中间位置，较稳定。
3.2.4 二维稳定性
下面的可以将两种元件或因素的变化来判断腔型的稳定性。
我们可以通过导览窗口来得到实际的X和Y数值。P值表示稳定性，大于-1且小于1时候稳定。