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《GLAD典型应用案例手册》 L{l6Dd43q jEc|]E 前 言 ri C[lB 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。 +9O5KI?P 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。 4ww]9J 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。 7f<EoSK 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。 Iu~\L0R427 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。不当之处,敬请指正!
B .TB\j 目 录 '6$*YN&5 前言 1 5!C_X5M 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 d0hhMx6$ 2、带有反射壁的空心波导 7 S1 _6C:^k 3、二元光学元件建模 14 ~Au,#7X) 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 20 % |q0-x 5、大气像差与自适应光学 24 z3t~}aL 6、热晕效应 27 ,:Vm6u! 7、部分相干光模拟 32 5dx&Qu'}ZS 8、谐振腔的优化设计 41 xX0-]Y h: 9、共焦非稳腔模拟仿真 45 Y\],2[liF 10、非稳环形腔模拟 51 'B83m#HR# 11、含有锥形反射镜的谐振腔 56 /$n ~lf 12、体全息模拟 61 9p$V)qdX 13、利用全息图实现加密和解密 66 #X:
'aj98 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 73 P+MA*: 15、拉曼放大器 78 J68j=`Y 16、瞬态拉曼效应 88 UV}73Sp 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 95 Sj'ht= 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 102 _$<Gyz* 19、光学参量振荡器 107 WqxUX H 20、激光二极管泵浦的固体激光器 112 gIR^)m 21、ZIG-ZAG放大器 120 ""O" 22、多程放大器 131 JO&JP3N1 23、调Q激光器 151 OQ :dJe6 24、光纤耦合系统仿真 159 #8{F9w<Rf 25、相干增益模型 167 L?_7bXoD 26、谐振腔往返传输内的采样 178 G{aT2c 27、光纤激光器 188 ?EMK8; ]DFXPV JJV0R}z?TV 新书《精通LASCAD 3.6》推出
N-lGa@ j EG'[`<*h ~5ZvOX6L2 -3Avs9`5 目 录 "O+5R(XT ?%Rw(E 第一章 LASCAD简介 1
|{g+Y 1.1 创始人简介 1 0,*%vG?Q 1.2 主要功能 1 ;TQf5|R\K 1.3 主要客户 1 D+ V7hpH- 第二章 LASCAD的安装、启动以及系统要求 4 @vgG1w 2.1 LASCAD的安装 4 VS#wl|b8 2.2 LASCAD的启动 4 D0Z\Vvy 2.3 LASCAD对于系统的配置要求 5 6nDV1O5 第三章 计算方法 6 "`}~~.q 3.1 复高斯模式算法 6 m,3er*t{ 3.2 有限元分析法(FEA) 6 d lH$yub 3.3 基于光束传输程序的物理光学代码(BPM) 6 d
{lP 第四章 LASCAD的各窗口 8 J
)BI:]m 4.1 参数区窗口(Parameter Field) 8 -7WW[
w 4.1.1 X平面参数(x-Plane Parameter) 8 Nd:R"
p*8 4.1.2 Y平面参数(y-Plane Parameter) 9 ->-*]-fv[L 4.1.3 光栏(Apertures) 9 < (RC|? 4.1.4 常规参数(General) 10 :&}odx!-!C 4.1.5 光斑尺寸 10 g1(Xg. 4.1.6 参数区(Parameter Field)窗口版面 11 [\)oo 4.2 高斯模式图窗口 11 W#_/ak$uF* 4.2.1 移动、插入和清理元件 13 hf!|\f 4.3 主窗口(LASCAD) 14 3zuF{Q2P< 4.3.1 下拉菜单 14 Q_*_?yf 4.3.1.1 文件(File) 14 *, Ld/O;s 4.3.1.2 打印(Print) 14 ,O=a*%0rt 4.3.1.3 打印到文件(Print to File) 15 <j}lp- 4.3.1.4 复制到剪切板(Copy to Clipboard) 15 Auy".br' 4.3.1.5 视图(View) 15 P`$12<\O1 4.3.1.6有限元分析(FEA) 16 ;y?);!g 4.3.1.7 CW激光功率(CW Laser Power) 16 ?<X(]I.j 4.4 新项目窗口(New Project) 17 ,Y_{L|:w 4.4.1 驻波谐振腔选项:(Standing Wave Resonator) 17 mOll5O7VW 4.4.2 环形谐振腔选项:(Ring Resonator) 17 4kp im 4.4.3 光外部束选项:(Option: External Beam) 18 TGT$ >/w > 第五章 FEA分析简介 19 lw8"'0 5.1 FEA分析基本原理 19 -y) ,Y
| 5.2 晶体、泵浦光束和材料参数窗口(Crystal, Pump Beam, and Material Parameters) 19 VCNT4m 5.2.1 模型(Models) 19 u%|zc= 5.2.2 泵浦光(Pump Light) 20 5G}6;U Y 5.2.3 边界条件(Boundaries) 28 rt]S\
5.2.4 材料参数(Material parameters) 28 i;\s.wrzH 5.2.5 掺杂浓度和材料参数(Doping & Materials) 30 !Gs} tiMH 5.2.6 有限元分析选项 (FEA Options) 30 cl[!`Z 5.3 泵浦光分布窗口(Pump Profile) 32 <>SdVif] 5.4 二维数据模型和抛物线拟合窗口(2D Date Profile and Parabolic Fit) 32 L/}iy} 5.5 三维视图窗口(3D Visualizer) 35 +%J\y^09kr 第六章 基于ABCD矩阵的稳定性分析 37 Ob +9W 6.1 稳定性图表和稳定性判据窗口(Stability Diagram and Stability Criterions) 37 x
FJg 6.2 在拖动条处的光束参量窗口(Beam Parameters at Drag Bar Position) 38 LDT(]HJ 6.3 外部光束的入射条件窗口(Starting Conditions of External Beam) 39 (Ha@s^?.C 6.4 高斯模式分布窗口(Gaussian Mode Profile) 40 /z."l!u6 6.5 波前弯曲窗口(Window:Curvature of Phase Front) 41 =Cf] 第七章 激光器输出功率分析 42 ,a|@d}U 7.1 激光输出功率窗口(Laser Power Output) 42 iMP 7.2 准三能级激光器的参数窗口(Parameters for Quasi-3-Level Lasers) 46 ,1n
>U?5 第八章 动态多模分析(Dynamic Multimode Analysis (DMA)) 48 khd5 Cf[ 8.1 简介 48 Z%o7f6P0IX 8.2 多模速率方程 48 ={(j`VSUX0 8.3 光栏和变反射率的反射镜 50 Hy;Hs# 8.4 激光输出功率 51 /4S;QEv 8.5 光束质量(Beam Quality) 52 ^z1IN-Tm/ 8.6 Q开关分析(Q-Switch Analysis) 53 3&&+YX 8.6.1 脉冲形状 54 ucYkxi`x 8.7 动态多模分析代码的图像用户界面(The GUI of the DMA Code) 55 f*((;*n; 8.7.1 高斯模式选项(Tab "Gaussian Modes") 55 6/ g%\ka 8.7.2 速率方程选项(Tab "Rate Equations") 56 g1m-+a 8.7.3 连续操作(Tab “CW Operation”) 57 y+mElG$F 8.7.4 Q开关选项(Tab "Q-switch") 57 A;K(J4y* 8.7.5 光栏选项(Tab "Apertures") 58 *3{J#Q6fk3 8.7.6 目录和文件管理 60 +`en{$%% 第九章 光束传输程序(Beam Propagation Method (BPM)) 62 0Vv9BL{ 9.1 光束传输程序窗口(Beam Propagation Method) 62 kN9yO5h7 9.2 腔迭代时的光束半径和激光功率(Beam Radius and Laser Power versus Cavity Iteration) 64 1IH[g*f 9.3 腔迭代时的光束质量窗口(Beam Quality versus Cavity Iteration) 65 :{g7lTM 9.4 右端反射镜上的强度和相位窗口(Intensity and Phase at Right End Mirror) 65 =WZ%H_oxi 9.5本征频率光谱窗口(Spectrum of Eigenfrequencies) 66 7|YrdK< 9.6 本征模窗口(Eigenmodes) 66 0LVE@qEL 9.7 光束传输程序(BPM)代码窗口 66 .CV _\ 第十章 综合案例 68 '8Wv.X0` 10.1含端面泵浦棒的激光谐振腔模拟 68 e=f .y< 10.2 含侧面泵浦棒的激光谐振腔模拟 92 NGzgLSm\ 10.3 Yb:YAG薄片激光器模拟 119 "ORzWnE4U 10.4 Yb:YAG薄片激光器动态多模分析和调Q运转模拟 133 LVtu*k 附录A 吸收系数的计算 146 kl7A^0Qrz 附录B 演示(demo)版的限制 149 L ^Y3=1#"g 附录C 不同版本数LASCAD的新功能 150 )@7DsV/M M]_E 以上两本激光类工具书,有兴趣扫码加微联系 ksI>IW &~~s6
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