[产品]激光与物理光学-《GLAD典型案例手册》 [复制链接]

前言 N{G+|Wm
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ZR'q.y[k)  
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。 _
r|$H_#  
:/IcFU~)M  
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。 8EPV\M1%  
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。 ]Zim8^n?`.  
QPfS3%p`  
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。 =`X@+~%-  
)Cz^Xp)#  
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。 3EcmNwr
 
不当之处，敬请指正！ w%k)J{\  
Al`[Iu&  
q'?:{k$%  
目录 OI.2CF
 
前言 2 (r.{v@h,dV  
1、传输中的相位因子与古伊相移 3 sHrpBm&O4  
2、带有反射壁的空心波导 7 _rqOzE)  
3、二元光学元件建模 14 %Ys>PzM  
4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 wDZFOx0#8  
5、大气像差与自适应光学 26 6mBX{-Z[  
6、热晕效应 29 8Db~OYVJG  
7、部分相干光模拟 34 %1]2+_6  
8、谐振腔的优化设计 43 O`dob&C  
9、共焦非稳腔模拟仿真 47 Co19^g*  
10、非稳环形腔模拟 53 9hT^Y,c0  
11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 h& (@gU`A  
12、体全息模拟 63 g}3c r.  
13、利用全息图实现加密和解密 68 7-ba-[t#A  
14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 *ftJ(  
15、拉曼放大器 80 E!VAA=  
16、瞬态拉曼效应 90 "ngYh]Git$  
17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 ('uYA&9  
18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 ]+':=&+:  
19、光学参量振荡器 109 &bj :,$@  
20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 &u"*vG (U[  
21、ZIG-ZAG放大器 122 `z)!!y  
22、多程放大器 133 RQ{w`>K  
23、调Q激光器 153 MZw%s(lv  
24、光纤耦合系统仿真 161 {7eKv+30  
25、相干增益模型 169 @\!wW-:A  
26、谐振腔往返传输内的采样 181 q'hV 'U  
27、光纤激光器 191 4'54  
uU.9*B=H9  
GLAD案例索引手册 7Nwi\#o  
 cJ8F#t  
目录 ?GFxJ6!%I  
d0 V>;Q  
目   录 i yK?~XV:  
AD?DIE(v  
|7`Vw Z  
GLAD软件简介 1 R~w(]  
Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 p!aeL}g`  
Ex1a: 基本输入 2 X=\#n-*  
Ex1b: RTF命令文件 3 }h_Op7.5D  
Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 d<7J)zUm3  
Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 $xu?zd"  
Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 #]eXI $HP  
Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 +zs6$OI]V  
Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 _;B!6cRLps  
Ex3: 单位选择 7 6@XutciK  
Ex4: 变量、表达式和数值面 7 @su{Uno8/  
Ex5: 简单透镜与平面镜 7 E;
4Ns  
Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 b7AuKY{L  
Ex7:  mirror/global命令 8 U*&ZQw  
Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 50DPzn  
Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 4(aesZ8h  
Ex8b: 离轴单抛物面 12 (uG4W|?p  
Ex8c: 椭圆反射镜 12 kmc9P&  
Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 o~-X7)]  
Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 TLSy+x_gX  
Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 ;2@sn+@  
Ex10: 宏、变量和udata命令 17
@i{JqHU"  
Ex11: 共焦非稳腔 17 9)l_(*F  
Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 .@6]_h;  
Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 MW`a>'0t?  
Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 }qD.Ek  
Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 ~o/^=:*  
Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 #>v7" <  
Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 Q?a"uei[  
Ex13: 相位像差 20 hx^a&"  
Ex13a: 各种像差的显示 21 xeI ,Kz."  
Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 Xl/G|jB9  
Ex14: 光束拟合 23 g?>AY2f[5  
Ex15: 拦光 24 bg HaheU  
Ex16: 光阑与拦光 24 @Qs-A^.  
Ex17: 拉曼增益器 25 z'qV
EHc)  
Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 kQ#eWk J,  
Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26 __ mtZ{  
Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28 h+74W0 $  
Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29 &16bZw  
Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 hL`zV  
Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30 R$fna[Xw@/  
Ex24: 大气像差与自适应光学 31 `5 6QX'?  
Ex24a: 大气像差 32 6#KI? 6  
Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 fjWh}w8  
Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 OpL6Y+<  
Ex25: 地对空激光通讯系统 32 + kF[Oh#  
Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 Wl#^Eu\g1W  
Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 {cv;S2  
Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 c}QJ-I  
Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 .HQ<6k:  
Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35 4 P;O8KA5y  
Ex28: 相位阵列 35 }-L@AC/\#  
Ex28a: 相位阵列 35 2T3DV])Q  
Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35 =P#!>*\ar  
Ex29: 带有风切变的大气像差 35 g\-3c=X  
Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 p&4n3%(R@  
Ex31: 热晕效应 36 Nb#7&_f=  
Ex31a: 无热晕效应传输 37 V1:3  
Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37 P\s+2/  
Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37 Eo Urc9G2  
Ex32: 相位共轭镜 37 :7ngVc  
Ex33: 稳定腔 38 1ZL_;k  
Ex33a: 半共焦腔 38 cLU*T
x\  
Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，理想透镜 39 0l6iv[qu5w  
Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39 SNU bY6  
Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 cP2R24th  
Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40 yy
} 0_  
Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40 o3yqG#dA  
Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 `_'Dj>  
Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 d8kwW!m+  
Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 ]= NYvv>H  
Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 c_q+
_$t  
Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 IA^)`l
7H  
Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 .O#lab`:2  
Ex33l: 谐振腔耦合 43 =Yj[MVn  
Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 4LjSDgA  
Ex34: 单向稳定腔 45 k@aP&Z~  
Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 5)zB/Ta<  
Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51 fE*I
+pe  
Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
DjIswI1I  
Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54 !5OMAWNU@  
Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 |I}+!DDuv  
Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 Kk98FI0]  
Ex36: 有限差分传播函数 57 "
|'`'W  
Ex36a: FDP与软孔径 58 )t0b$<%  
Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 6h_k`z  
Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 ++!E9GU{  
Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 %gMpV  
Ex37b: 偏振，表面极化效应 60 R{o*O_qX  
Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 #=H}6!18  
Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61 3Gl]g/  
Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61 g$"eI/o  
Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 E@jl: -*E  
Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 d95N$n   
Ex38: 剪切干涉仪 \u_v7
g  
62 ^X;Xti  
Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 ;]M67ma7C  
Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64 thPH_DW>eb  
Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 px>>]>ZMH  
Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 JGDUCb~  
Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 6J-
}&U  
Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 i>Bi&azx  
Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66 /e sk  
Ex46: 光束整形滤波器 68 J8v:a`bX&  
Ex47: 增益片的建模 68 ;v+uv f  
Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 6+;2B<II  
Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70 9T,QWk  
Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70 TJ[jZuT:  
Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 mjl!Nth:<  
Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70 ]az} n(B,  
Ex48: 倍频 70 sHTePEJ_h  
Ex49: 单模的倍频 71 h!N&gZ[0  
Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 D^s0EW-E  
Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 fd"~[z[  
Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 lMzCDx!m  
Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 O?,i?  
Ex52: 锥像差 72 V=4u7!ha  
Ex53: 厄米高斯函数 74 ?3TK7]1V:  
Ex53a: 厄米高斯多项式 75 f
I d)  
Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 3zA=q[C  
Ex54: 拉盖尔函数 75 7k t7^V<  
Ex55: 远场中的散斑效应 75 :IT U0%;!+  
Ex56: F-P腔与相干光注入 75 u1|P'>;lF  
Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 fAM4Q  
Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76 0HJqsSZ$mW  
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 8cBW] \ v  
Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 Y5i`pY/}#?  
Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76 PDq}Tq  
Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 uCP6;~Ns  
Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 ioY\8i  
Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 {8Jk=)(md  
Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79 V0'p1J tD  
Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79 `^bvj]>l  
Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79 SeZT4y*=  
Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79 c7l!G~yx'  
Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 (-'0g@0UA  
Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80 -m'3L7:  
Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80 #:vDBP05.m  
Ex59c:  2f透镜，焦平面扫描 80 :YJ7J4  
Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 [5p7@6:$u  
Ex60a: 对散焦的简单优化 80 KB,~u*~!  
Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81 BtpjQNN  
Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81 qtwT#z;Y  
Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81 /ro
mTK4  
Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81 nA_ zP4  
Ex61: 对加速模型评估的优化 82 _czbUl  
Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82 QK3j_'F=E  
Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85 nhQ44qRgQ  
Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85 Gxh~  
Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85 F'UguC">  
Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85 =wlm  
Ex65: 非相干成像与光学传递函数（OTF） 85 >0<KkBH  
Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86 bco[L@6G$  
Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 8MeO U  
Ex67a: 六边形透镜阵列 88 x^#6>oOR  
Ex67b: 矩形透镜阵列 88 R%
)2(\  
Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88 wKi}@|0[
@  
Ex67d: 矩形柱透镜 88 C{`^9J-  
Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88 LG Y!j_bD  
Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 Pi"~/MGP$  
Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88 T[4[/n>i  
Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88 1O]5/Eu  
Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88 fNAo$O4cm  
Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89 ]w_  
Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89 i!.I
;@  
Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 G>[ NZE  
Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89 XAQ\OX#  
Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92 X@bn??  
Ex69c: 速率方程与单步骤 92 _d\u!giy  
Ex69d: 半导体增益 92 gI^L 9jE7  
Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93 clq~ ;hx  
Ex69f: 速率方程的数值举例 93 n?ZL"!$  
Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93 xqQ~|  
Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93 \8>  
Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93 2|
0Qk&  
Ex69j: 稳态速率方程的解 93 ]F"(OWW  
Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93 z<yNG/M1>U  
Ex70: Udata命令的显示 93 [xZ/ZWb/  
Ex71: 纹影系统 94 wr3_Bf3]  
Ex72: 测试ABCD等价系统 94 >/!7i3Ow-  
Ex73: 动态存储测试 95 ;o-\.=l  
Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 |5}rX!wS4  
Ex75: 锥面镜 95 8 l'bRyuS  
Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95 ;gxN@%}@  
Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97 nJtEUVMt  
Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97 9S:
{  
Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98 Ism^hyL  
Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔 /-
!&
k  
。。。。后续还有目录 cX|[WT0[I  
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