前言
<5jzl 4NG?_D5& GLAD是由美国Applied Optics Research(AOR)公司开发的一款专业的物理
光学软件,特别适用于
激光领域各种光学现象的仿真和评估!软件的开发者George Lawrence教授长期在光学领域排名NO.1的美国亚利桑那州立大学任教,在物理光学特别是激光领域拥有三十多年的研究经验。目前GLAD软件已经被国内外众多研究机构和公司作为仿真评估工具广泛使用。
:WL'cJ9a a|=x5`h04~ GLAD使用复振幅来描述光束,采用快速傅里叶变换结合分步傅里叶算法进行传输分析,几乎能对所有类型的激光系统进行分析,或对物理
光学系统做完整的端-对-端的分析处理,还囊括各种激光增益模型、数种非线性过程和许多其它的激光及物理光学效应。
{0^&SI"5`E GLAD的使用方法为调用内部各类“积木”进行建模、传输和分析。积木的类型包括:用于进行系统和光束初始化的命令;用于表征各类像差和相位屏的命令;用于表征各类传统光学元件的命令;用于表征各类非线性过程的命令;用于表征激光增益介质的命令;用于光束参数诊断的命令;用于计算结果输入、输出的命令等。只要将不同类型的积木有机“组装”起来就可以轻松实现任意光学系统的模拟。
yz*6W
z D !0C^TCuG GLAD的应用领域包括:(1)包含传统光学元件,如各种
透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析;(2)光束质量的分析和评价;(3)二元衍射光学元件的分析;(4)各种波导的分析;(5)激光系统的分析:无源腔性能分析,含各类增益介质的有源腔分析;(6)多种非线性过程的模拟。
/&{$ pM|? $3uKw!z 为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能,熟悉GLAD的使用,本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读,希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。
k]HEhY 不当之处,敬请指正!
p4i]7o@ ez!C? Bw64 目录
V6#K2 前言 2
hk;7:G 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
{=-\|(Bx 2、带有反射壁的空心波导 7
mJ`A_0 3、二元光学元件建模 14
'hv k 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
)}'U`'q 5、大气像差与自适应光学 26
pd8Nke 6、热晕效应 29
9*=W- v 7、部分相干光模拟 34
-s$F&\5by 8、谐振腔的
优化设计 43
-O!Zxg5x 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
z7Eg5rm|QZ 10、非稳环形腔模拟 53
Bv.`R0e& 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
9>rPe1iv 12、体全息模拟 63
Yx inE`u~ 13、利用全息图实现加密和解密 68
NDAw{[.% 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
{TRsd 15、拉曼放大器 80
-x4X O`b 16、瞬态拉曼效应 90
PF7&p~O(Z 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
RxN,^!OV 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
-yg?V2 19、光学参量振荡器 109
]B]*/ 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
0{PzUIM,W 21、ZIG-ZAG放大器 122
ld7v3:M 22、多程放大器 133
p6XtTx 23、调Q激光器 153
yxq}QSb \3 24、
光纤耦合系统仿真 161
lP!;3iJ B 25、相干增益模型 169
P?]aWJ 26、谐振腔往返传输内的采样 181
\7
NpT}dj 27、光纤激光器 191
-TOI c% ^T,Gu-2> GLAD案例索引手册
-+em!g' hy T1xa 目录
:4T("a5aM $<|lE/_] 目 录 i
D^;*U[F? rJInj>|{= GLAD案例索引手册实物照片
uH;-z_Wpn! GLAD软件简介 1
A
&9(mB Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
G>+1*\c Ex1a: 基本输入 2
vuFBET, Ex1b: RTF命令文件 3
3QOUU,Dt$ Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
AVU>+[.=%c Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
z|(+|pV( Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
N9<Ujom Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
[
dE.[ Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
VCcr3Dx()F Ex3: 单位选择 7
?}Lg)EFH Ex4: 变量、表达式和数值面 7
GzTq5uU& Ex5: 简单透镜与平面镜 7
}O4se"xK Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
08m;{+|vY Ex7: mirror/global命令 8
`K
>?ju" Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
AisN@ Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
*VkgQ`c Ex8b: 离轴单抛物面 12
7RvUH-S[ Ex8c: 椭圆反射镜 12
P0-Fc@&Y Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
U70]!EaT Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
T4;T6 9j;, Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
sW^a`VM Ex10: 宏、变量和udata命令 17
KYxBVgJ Ex11: 共焦非稳腔 17
>u(>aV|A Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
eb8w~ Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
*+b6B_u] Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
M-uMZQe Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
;!T{%-tP Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
f0LP?] Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
n!E2_ Ex13: 相位像差 20
Fv)7c4 Ex13a: 各种像差的显示 21
j` /&r*zNq Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
Ij'NC C Ex14: 光束拟合 23
l**;k+hw Ex15: 拦光 24
.M4IGOvOS Ex16: 光阑与拦光 24
m2Uc>S Ex17: 拉曼增益器 25
N|2y"5 Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
2`=6 %s
Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26
D=)f
)-u' Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28
'?yCq$& Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29
H2-28XGc Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
S2VVv$r_6 Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30
ARfRsPxr Ex24: 大气像差与自适应光学 31
AP\ofLmq Ex24a: 大气像差 32
VZIR4J[\. Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
\BI/G Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
XO
F1c3'H Ex25: 地对空激光通讯系统 32
s2v(=
Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
*V;3~x! Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
Q:|w%L*E
Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
K$REZe Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
s-VSH Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35
mi2o1"Jd$` Ex28: 相位阵列 35
".~{:= Ex28a: 相位阵列 35
7nHTlI1b Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35
'?GQ~Bf<> Ex29: 带有风切变的大气像差 35
IGAzE( Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
em]xtya Ex31: 热晕效应 36
DjW$?> Ex31a: 无热晕效应传输 37
,c)g,J9 Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37
u>Ki$xP1 Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37
_hCJ|Rrln Ex32: 相位共轭镜 37
Ca $c; Ex33: 稳定腔 38
:a<hQ|p Ex33a: 半共焦腔 38
xUYow Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔
望远镜,理想透镜 39
hGP1(pH. Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39
S9Yt 1qb Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
px9>:t[P Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40
j:1uP^. Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40
Z]-WFU_
N Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
b5e@oIK Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
Dr"/3xm Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
hPufzhT Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
RFG$X-.e Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
-'C!"\% Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
|j_`z@7( Ex33l: 谐振腔耦合 43
$<ddy/4 Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
?G/ hJ?3 Ex34: 单向稳定腔 45
E:VGji7s Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
<Ns &b.\h6 Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51
Eqphd!\#6 Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53
)XVh&'(r Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54
ZxS&4>. Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
_JOP[KHb Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
"jZm0U$,* Ex36: 有限差分传播函数 57
(Imp
$ Ex36a: FDP与软孔径 58
c#q"\" Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
<FmBa4ONU Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
DA
LQ<iF Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
DcFCKji Ex37b: 偏振,表面极化效应 60
u;n(+8sz Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
M@^U0
? Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61
LC'2q*:' Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61
/=
^L
iP Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
_9h.Gt Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
: z~!p~ Ex38: 剪切干涉仪
gEKO128 62
6D9o08 Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
~Ob8i 1S> Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64
z
Z%/W)t Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
,z66bnjO Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
5a$$95oL Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
IH3FK!>6 Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
`45d"B
I Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66
Y(GW0\< Ex46: 光束整形滤波器 68
VC=6uB Ex47: 增益片的建模 68
B/Ba5z"r$ Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
~R!gJTO9 Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
uiK:*[ Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70
Jn,w)Els Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
{aJz. `u\ Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70
n|]N7 b' Ex48: 倍频 70
j<$R4A1 Ex49: 单模的倍频 71
<R~KM=rL Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
~_}4jnC Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
&HxT41pku Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
y#r\b6 Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
{U
P_i2`. Ex52: 锥像差 72
>q &L/N5 Ex53: 厄米高斯函数 74
Ai jUs*n 2 Ex53a: 厄米高斯多项式 75
XaGz].Sv Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
Th+|*=Il Ex54: 拉盖尔函数 75
U$$3'n Ex55: 远场中的散斑效应 75
t~~r-V": Ex56: F-P腔与相干光注入 75
em/Xu Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
jf7pl8gv Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面,峰值出现在140° 76
STp!8mL Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76
#wD7 \X-f Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
7xR|_+%~K Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76
*(VbPp_H_ Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
h*l4Y!7 Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
A[RN-R, Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
w#d} TY Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79
ws().IZ Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79
6)+9G_ Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79
$Q,n+ / Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79
'Ix5,^M}B Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
+cw{aI`a8 Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80
;;6\q!7` Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80
rUvwpP"k Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80
YRu%j4Tx Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
Qasr:p+ Ex60a: 对散焦的简单优化 80
aZC*7AK
Ex60b: 优化的数值验证,数值目标 81
Wb'*lT0= Ex60c: 优化的数值验证,阵列目标 81
aKD;1|) Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,数值验证 81
%g5jY%dg.r Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,内置函数 81
&{hc Ex61: 对加速模型评估的优化 82
Bx%=EN5. Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
V!}L<cN Ex62a: 平面波光栅,小的遮光片的影响 85
_AAx
) Ex62b: 平面波光栅,第二个光栅的影响 85
Q+/R
JM?3@ Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
!~tnti6 Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
PgqECd)f Ex65: 非相干
成像与光学传递函数(OTF) 85
{z-NlH
Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
TVj1C Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
hX %s]" Ex67a: 六边形透镜阵列 88
78^Y;2 P]W Ex67b: 矩形透镜阵列 88
/;b.-v& Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
)e#fj+>x) Ex67d: 矩形柱透镜 88
Fv;u1Atiw Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
_4~k3%w\`l Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
H.)fOctbO Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
9c:5t'Qt5. Ex67h: N×N的激光二极管阵列,高斯型包络面 88
2;O c^ Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
[gTQ- Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为1μ 89
\v.HG]
/u Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为100μ 89
my=*zziN Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
}[
7Nb90v Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
?TRW"% Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
-uO%[/h;N Ex69c: 速率方程与单步骤 92
G)jG!`I Ex69d:
半导体增益 92
%{=4Fa(Jux Ex69e: 三能级系统的增益,单一上能级态 93
%~ ;nlDw Ex69f: 速率方程的数值举例 93
jDFp31_X Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
+|)zwe Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
@_G` Ok4 Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
Mi_[9ku>% Ex69j: 稳态速率方程的解 93
a\.//? Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
BllDWKb Ex70: Udata命令的显示 93
l85O-g}M Ex71: 纹影系统 94
$Gr4sh!cE Ex72: 测试ABCD等价系统 94
IQo]9Lx Ex73: 动态存储测试 95
Cq
TH!'N Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
1 VPg`+o Ex75: 锥面镜 95
qT
5WaO) Ex75a: 无焦锥面镜,左出左回 95
X9p+a, Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移,左出左回 97
gCjH%=s Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
L;L2j&i%v) Ex75d: 无焦锥面镜,位置偏移较大 98
4+BrTGp Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
k0gJ('zah 。。。。后续还有目录
oM/B.U2a 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系
Rv0-vH.n (D:KqGqoT