激光与物理光学-《GLAD典型案例手册》

前言

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。

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。
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。

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。

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！

目录
前言 2
1、传输中的相位因子与古伊相移 3
2、带有反射壁的空心波导 7
3、二元光学元件建模 14
4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
5、大气像差与自适应光学 26
6、热晕效应 29
7、部分相干光模拟 34
8、谐振腔的优化设计 43
9、共焦非稳腔模拟仿真 47
10、非稳环形腔模拟 53
11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
12、体全息模拟 63
13、利用全息图实现加密和解密 68
14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
15、拉曼放大器 80
16、瞬态拉曼效应 90
17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
19、光学参量振荡器 109
20、激光二极管泵浦的固体激光器 114
21、ZIG-ZAG放大器 122
22、多程放大器 133
23、调Q激光器 153
24、光纤耦合系统仿真 161
25、相干增益模型 169
26、谐振腔往返传输内的采样 181
27、光纤激光器 191

GLAD案例索引手册

目录

目录 i

GLAD案例索引手册实物照片

GLAD软件简介 1
Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
Ex1a: 基本输入 2
Ex1b: RTF命令文件 3
Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
Ex3: 单位选择 7
Ex4: 变量、表达式和数值面 7
Ex5: 简单透镜与平面镜 7
Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
Ex7: mirror/global命令 8
Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
Ex8b: 离轴单抛物面 12
Ex8c: 椭圆反射镜 12
Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
Ex10: 宏、变量和udata命令 17
Ex11: 共焦非稳腔 17
Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
Ex13: 相位像差 20
Ex13a: 各种像差的显示 21
Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
Ex14: 光束拟合 23
Ex15: 拦光 24
Ex16: 光阑与拦光 24
Ex17: 拉曼增益器 25
Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
Ex24: 大气像差与自适应光学 31
Ex24a: 大气像差 32
Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
Ex25: 地对空激光通讯系统 32
Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
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
Ex28: 相位阵列 35
Ex28a: 相位阵列 35
Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
Ex29: 带有风切变的大气像差 35
Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
Ex31: 热晕效应 36
Ex31a: 无热晕效应传输 37
Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
Ex32: 相位共轭镜 37
Ex33: 稳定腔 38
Ex33a: 半共焦腔 38
Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，理想透镜 39
Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
Ex33l: 谐振腔耦合 43
Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
Ex34: 单向稳定腔 45
Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
Ex36: 有限差分传播函数 57
Ex36a: FDP与软孔径 58
Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
Ex38: 剪切干涉仪
62
Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
Ex46: 光束整形滤波器 68
Ex47: 增益片的建模 68
Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
Ex48: 倍频 70
Ex49: 单模的倍频 71
Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
Ex52: 锥像差 72
Ex53: 厄米高斯函数 74
Ex53a: 厄米高斯多项式 75
Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
Ex54: 拉盖尔函数 75
Ex55: 远场中的散斑效应 75
Ex56: F-P腔与相干光注入 75
Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
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
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
Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
Ex60a: 对散焦的简单优化 80
Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
Ex61: 对加速模型评估的优化 82
Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
Ex65: 非相干成像与光学传递函数（OTF） 85
Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
Ex67a: 六边形透镜阵列 88
Ex67b: 矩形透镜阵列 88
Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
Ex67d: 矩形柱透镜 88
Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
Ex69c: 速率方程与单步骤 92
Ex69d: 半导体增益 92
Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
Ex69f: 速率方程的数值举例 93
Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
Ex69j: 稳态速率方程的解 93
Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
Ex70: Udata命令的显示 93
Ex71: 纹影系统 94
Ex72: 测试ABCD等价系统 94
Ex73: 动态存储测试 95
Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
Ex75: 锥面镜 95
Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
。。。。后续还有目录
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