[产品]激光与物理光学-《GLAD典型案例手册》 [复制链接]

前言 o
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~yJ2@2I  
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。 )I&.6l!#  
&Pb:P?I  
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。 &B&8$X  
GLAD的使用方法为调用内部各类“积木”进行建模、传输和分析。积木的类型包括：用于进行系统和光束初始化的命令；用于表征各类像差和相位屏的命令；用于表征各类传统光学元件的命令；用于表征各类非线性过程的命令；用于表征激光增益介质的命令；用于光束参数诊断的命令；用于计算结果输入、输出的命令等。只要将不同类型的积木有机“组装”起来就可以轻松实现任意光学系统的模拟。 #DgHF*GG+>  
*|S6iSn9R!  
GLAD的应用领域包括：（1）包含传统光学元件，如各种透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析；（2）光束质量的分析和评价；（3）二元衍射光学元件的分析；（4）各种波导的分析；（5）激光系统的分析：无源腔性能分析，含各类增益介质的有源腔分析；（6）多种非线性过程的模拟。 0{b} 1D  
U,P>P+\@  
为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能，熟悉GLAD的使用，本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读，希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。 -
 ]wT  
不当之处，敬请指正！ VaD+:b4  
XSC=qg$  
@?<[//1  
目录 f(pq`v^-n  
前言 2 3A`Gx#  
1、传输中的相位因子与古伊相移 3 GCJ[xn(_  
2、带有反射壁的空心波导 7 B,\VLX  
3、二元光学元件建模 14 x.-d)]a!  
4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 ?)1Y|W'Rv  
5、大气像差与自适应光学 26 aG]>{(~cL  
6、热晕效应 29 /-p!|T}w  
7、部分相干光模拟 34 FL{?W(M  
8、谐振腔的优化设计 43 +7b8ye  
9、共焦非稳腔模拟仿真 47 (|BY<Ac3  
10、非稳环形腔模拟 53 Jx5`0?  
11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 jn5xYKv  
12、体全息模拟 63 nx'c=gp  
13、利用全息图实现加密和解密 68 d[_26.
 
14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 zzZEX  
15、拉曼放大器 80 gQr+~O  
16、瞬态拉曼效应 90 tle`O)&uo  
17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 H<Sf0>OA  
18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 5VV}wR
 
19、光学参量振荡器 109 0:v!'  
20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 .v+JV6!u  
21、ZIG-ZAG放大器 122 es*$/A  
22、多程放大器 133 |@AXW   
23、调Q激光器 153 I&+.IK_  
24、光纤耦合系统仿真 161 JjS+'A$A5  
25、相干增益模型 169 -F
7F 6!s  
26、谐振腔往返传输内的采样 181 1*8;)#%&  
27、光纤激光器 191 4SI~y;c)  
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+/  
GLAD案例索引手册 hty'L61\z  
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目录 `0NU c)`  
~^obf(N`  
目   录 i _<c"/B  
Xd+H()nR  
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E;V  
GLAD软件简介 1 {\(G^B*\  
Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 *|=D 0  
Ex1a: 基本输入 2 t.ulG *  
Ex1b: RTF命令文件 3 8
QTry%  
Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 jg?UwR&  
Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 aLh(8;$  
Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 Be|! S_Y P  
Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 X_2N9$},  
Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 fv7VDo8vb  
Ex3: 单位选择 7 4fKvB@O@.  
Ex4: 变量、表达式和数值面 7 9}6_B|  
Ex5: 简单透镜与平面镜 7 NIQ}A-b  
Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 w<H Xe  
Ex7:  mirror/global命令 8 Rmw=~NP5  
Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 A1p~K*[[  
Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 nG'Yo8
I^5  
Ex8b: 离轴单抛物面 12 5$=[x!x  
Ex8c: 椭圆反射镜 12 Ixn|BCi60A  
Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 sg,\!'  
Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 Ln#o:"
E  
Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 ~ =u8H  
Ex10: 宏、变量和udata命令 17 :=hL}(~]  
Ex11: 共焦非稳腔 17 fDsT@W,K  
Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 h-PJC/>  
Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 b;VI
R,2  
Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 J920A^)j!  
Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 nDvfb*\  
Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 <Z-Pc?F&(k  
Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 / <(|4e  
Ex13: 相位像差 20 =wX;OK|U(^  
Ex13a: 各种像差的显示 21 f4p*!e  
Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 'KjH|u  
Ex14: 光束拟合 23 :Hq%y/  
Ex15: 拦光 24 1vo3aF  
Ex16: 光阑与拦光 24 %O9Wm_%  
Ex17: 拉曼增益器 25 +1wEoU.l2  
Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 h^(
U:M=A  
Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26 e&x)g;bn  
Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28 !U?C
_  
Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29 H}r]j\  
Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 c$1
u  
Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30 QqF<HCO  
Ex24: 大气像差与自适应光学 31 ]lA}5  
Ex24a: 大气像差 32 _zDS-e@  
Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 j(y<oxh  
Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 s#5#WNzP  
Ex25: 地对空激光通讯系统 32 rCa]T@=  
Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 @2"uJ6o  
Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 p|gVIsg[-e  
Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 !!L'{beF  
Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 {qHQ_ _Bl  
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 <p<6!tdO  
Ex28: 相位阵列 35 Ia%cc L=  
Ex28a: 相位阵列 35 0 @#Jz#?  
Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35 B4un6-<i  
Ex29: 带有风切变的大气像差 35 }N9PV/a  
Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 5:38}p9`
 
Ex31: 热晕效应 36 U`) ";WN  
Ex31a: 无热晕效应传输 37 <q'?[aKv
R  
Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37 ;L:UYhDbUx  
Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37 NdJ]\>5oN,  
Ex32: 相位共轭镜 37 Gu{1%bb#kL  
Ex33: 稳定腔 38 lFuW8G,-f@  
Ex33a: 半共焦腔 38 yE N3/-S+  
Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，理想透镜 39 Fdl0V:<  
Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39 @B0fRG y  
Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 <,O|fY%  
Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40 gGNo!'o  
Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40 0>m$e(Z  
Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 BT(eU*m-  
Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 0<uL0FOT  
Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 A PSkW9H  
Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 nEUH;z  
Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 0Bgj.?l  
Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 6 [bQ'Ir^8  
Ex33l: 谐振腔耦合 43 |9i[*]  
Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 !gyW15z'  
Ex34: 单向稳定腔 45 6a9:P@tY  
Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 `!X8Cn  
Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51 @
eb
Y_*  
Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53 >G1]#'6;  
Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54 r+Sv(KS4i^  
Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 Foj|1zJS_  
Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 ymrnu-p o  
Ex36: 有限差分传播函数 57 "w 4^i!\  
Ex36a: FDP与软孔径 58 %*q^i}5)E  
Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 ~d<&OL  
Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 k0FAI0~(  
Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 n2o)K;wW+  
Ex37b: 偏振，表面极化效应 60 B{`K?e0  
Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
-m,Y6  
Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61 B!x6N"  
Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61 wtL=^  
Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 owa&HW/_  
Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 
'4GN%xi  
Ex38: 剪切干涉仪 1e9~):C~W  
62 (3K,f4S@  
Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 ^Et^,I:`  
Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64 kxrYA|x  
Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 AH#a+<;a  
Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 >}Mw"   
Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 Nj?Q{ztS  
Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 wKcuIc$  
Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66 lRS'M,/  
Ex46: 光束整形滤波器 68 lt'N{LFvc  
Ex47: 增益片的建模 68 lP4s"8E`h  
Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 c8zok `\P_  
Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70  bu
tBS  
Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70 /ZL6gRRA|  
Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 B}zBbB  
Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70 $BLd>gTzmv  
Ex48: 倍频 70 I(3YXv VN  
Ex49: 单模的倍频 71 7#&Q-3\:  
Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 @}r s6 G  
Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 h0x'QiCc  
Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 _/ 5  
Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 x!7!)]h  
Ex52: 锥像差 72 x'G_z_<V  
Ex53: 厄米高斯函数 74 Y#P!<Q>}  
Ex53a: 厄米高斯多项式 75 D\-DsT.H  
Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 lkp$rJ#6  
Ex54: 拉盖尔函数 75 >,Zn~8&Z  
Ex55: 远场中的散斑效应 75 c<Ud[x.  
Ex56: F-P腔与相干光注入 75 >CcDG  
Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 j:8Pcx  
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 ([SJ6ff]&  
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 'aeuL1mz  
Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 F *U.cJ%  
Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76 A58P$#)?  
Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 svt3gkR0  
Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 }0/l48G  
Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 ))X"bFP!3  
Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79 39pA:3iTd  
Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79 EIpz-"S  
Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79 1(i%nX<U  
Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79 8X? EB6=c  
Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 ]W`M <hEI  
Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80 t,A=B(W  
Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80 4B[uF/[  
Ex59c:  2f透镜，焦平面扫描 80 gL@]p  
Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 k5}Qx'/l  
Ex60a: 对散焦的简单优化 80 y\9#"=+  
Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81 d&ff1(j(  
Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81 pI_:3D xe  
Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81 pOB<Bx5t  
Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81 $EdL^Q2KAy  
Ex61: 对加速模型评估的优化 82 Y!ypG-  
Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82 SY}"4=M?l  
Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85 s gZlk9x!Q  
Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85 ! P$[$W  
Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85 X #$l7I9H  
Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85 zG%'Cw)8  
Ex65: 非相干成像与光学传递函数（OTF） 85 n-GoG(s..b  
Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86 I2)2'j,B  
Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 puh-\Q/P  
Ex67a: 六边形透镜阵列 88 I,Jb_)H&t  
Ex67b: 矩形透镜阵列 88 EAC
I>  
Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88 h>Z`&  
Ex67d: 矩形柱透镜 88 \nTV;@F  
Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88 }P\6}
cK
 
Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 *vqUOh  
Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88 S`TQWWQo;  
Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88 rzvKvGd#N  
Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88 _1YC9}  
Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
\IqCC h  
Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89 YB:}Lb  
Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 ?O]RQXsZ2  
Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89 $:A80(#+  
Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92 R
$QhuxT|  
Ex69c: 速率方程与单步骤 92 d*U<Ww^q  
Ex69d: 半导体增益 92 ^/}&z  
Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93 B)P]C5KRD  
Ex69f: 速率方程的数值举例 93 sfy}J1xIL  
Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93 nuA 0%K  
Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93 *l%&/\  
Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93 lO0}  
Ex69j: 稳态速率方程的解 93 E},zB*5TH  
Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93 p3T:Y_  
Ex70: Udata命令的显示 93 Pj!f^MN  
Ex71: 纹影系统 94 $e uI  
Ex72: 测试ABCD等价系统 94 'C>sYSL  
Ex73: 动态存储测试 95 vbG&F.P  
Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 l<7SB5  
Ex75: 锥面镜 95
O{U j  
Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95 #veV {,g  
Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97 .2ZFJ.Z"  
Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97 $Fy>N>,E(  
Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98 i;29*"  
Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔 ekmWYQ ~  
。。。。后续还有目录 4_$.gO  
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