Laser beam propagation control in thermally-loaded media

Tato práce se zabývá numerickými simulacemi šíření laserového svazku tepelně zatíženým 2D prostředím. Nejprve jsou stručně uvedeny základní principy laserové fyziky následovány zjednodušeným popisem tepelně-optických jevů spojené s provozem pevnolátkových laserových systémů. Metoda konečných prvků je prezentována jako praktický nátroj pro tepelně mechanickou analýzu optických prvků systému. Je vyvinut postup pro integraci výsledků analýzy a výpočetní sítě metody konečných prvků v numerickém algoritmu simulujícím šíření laserového svazku. Laserový svazek je v této práci aproximován skupinou paprsků. Funkčnost algoritmu je ověřena pro homogenní i gradientní prostředí metodou porovnání numerického a analytického řešení. Práce zahrnuje i příklad tepelně optické analýzy laserového zigzag zesilovače.This work deals with numerical simulations of a laser beam propagation through a thermally loaded solid-state 2D medium. At first a brief introduction to basic principles of laser physics is given followed by a simplified description of thermo-optic effects associated with laser system operation. Finite element methodology is presented as a practical tool for thermo-mechanical analysis of two dimensional models of system optical elements. A procedure is developed to integrate the FEM analysis results and computational mesh in a numerical algorithm simulating the laser beam propagation. Laser beam is approximated as a set of rays within this work. The algorithm performance is validated for both homogeneous and graded-index media using comparison method of numerical and analytical solutions. An example of thermo-optical analysis of a zigzag laser amplifier is also included