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《GLAD典型应用案例手册》 Il^\3T+ _+Jf.n20 前 言 <jRFN&"h} 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。 R0hctT1j 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。 \Ul.K!b7 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。 lR@i`)'?U 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。 ^0s\/qyqm 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! 4$?wD < 目 录 l\=-+'Y 前言 1 -#S)}NEn 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 C7jc 6(>m 2、带有反射壁的空心波导 7 pg?i F1 3、二元光学元件建模 14 te\h?H 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 20 L'\/)!cEd 5、大气像差与自适应光学 24 hM36QOdm 6、热晕效应 27 jI{~s]Q 7、部分相干光模拟 32 Tn@UX(^, 8、谐振腔的优化设计 41 hLyTUt~\L 9、共焦非稳腔模拟仿真 45 X@yr$3vC 10、非稳环形腔模拟 51 0 .FHdJ< 11、含有锥形反射镜的谐振腔 56 Xb<DpBrk 12、体全息模拟 61 K{zCp6 13、利用全息图实现加密和解密 66 ?}=-eJ(7e 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 73 #j^('K| 15、拉曼放大器 78 %l8*t$8 16、瞬态拉曼效应 88 Y[iDX# 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 95 %su}Ru 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 102 q4Oxs 19、光学参量振荡器 107 ];pf 20、激光二极管泵浦的固体激光器 112 P>{US1t 21、ZIG-ZAG放大器 120 J+}+"h~. 22、多程放大器 131 ol$2sI=.s 23、调Q激光器 151 3qAwBVWa 24、光纤耦合系统仿真 159 Q$|^~ 25、相干增益模型 167 ':!3jZP"m 26、谐振腔往返传输内的采样 178 A[^qq UL' 27、光纤激光器 188 S(>@:`= kfqpI
(2 T#/$ 新书《精通LASCAD 3.6》推出 wovmy{K A$%Q4jC} "K|)<6J #cj\~T.,, 目 录 4pmTicA~ hncS_ZA 第一章 LASCAD简介 1 SUH mBo"} 1.1 创始人简介 1 OuOk= 1.2 主要功能 1 *<*0".# 1.3 主要客户 1 HY jMNj0 第二章 LASCAD的安装、启动以及系统要求 4 %6NO 0 F^ 2.1 LASCAD的安装 4 xl+DRPzl 2.2 LASCAD的启动 4 0$eyT-:d 2.3 LASCAD对于系统的配置要求 5 -ajM5S=d* 第三章 计算方法 6 V&Xi> X8 3.1 复高斯模式算法 6 On{~St'V 3.2 有限元分析法(FEA) 6 KqM! ! 3.3 基于光束传输程序的物理光学代码(BPM) 6 K<@[_W+ 第四章 LASCAD的各窗口 8 `y\*m]: 4.1 参数区窗口(Parameter Field) 8 9z5"y|$ 4.1.1 X平面参数(x-Plane Parameter) 8 Sao>P[#x 4.1.2 Y平面参数(y-Plane Parameter) 9 $h G;2v 4.1.3 光栏(Apertures) 9 Q7,EY / 4.1.4 常规参数(General) 10 t6'61*)|0 4.1.5 光斑尺寸 10 DE*MdfP0 4.1.6 参数区(Parameter Field)窗口版面 11 ],;D2]<s 4.2 高斯模式图窗口 11 )\{'fF 4.2.1 移动、插入和清理元件 13 -"W )|oC_ 4.3 主窗口(LASCAD) 14 hc-lzYS 4.3.1 下拉菜单 14 HQq`pG%m6 4.3.1.1 文件(File) 14 n,t6v5>88 4.3.1.2 打印(Print) 14 v"z(JF 4.3.1.3 打印到文件(Print to File) 15 _9D|u<D 4.3.1.4 复制到剪切板(Copy to Clipboard) 15 3g4e']t 4.3.1.5 视图(View) 15 u5Qp/ag?N 4.3.1.6有限元分析(FEA) 16 f>.4-a? 4.3.1.7 CW激光功率(CW Laser Power) 16 +"]oc{W! 4.4 新项目窗口(New Project) 17
MKU7fFN. 4.4.1 驻波谐振腔选项:(Standing Wave Resonator) 17 c]A
Y 4.4.2 环形谐振腔选项:(Ring Resonator) 17 G1}~.%J 4.4.3 光外部束选项:(Option: External Beam) 18 ^9&b+u=X 第五章 FEA分析简介 19 >|wKXz 5.1 FEA分析基本原理 19 8@E8!w&~ 5.2 晶体、泵浦光束和材料参数窗口(Crystal, Pump Beam, and Material Parameters) 19 ; D1FAz 5.2.1 模型(Models) 19 f#@S*^%V$ 5.2.2 泵浦光(Pump Light) 20 h^}_YaT\ 5.2.3 边界条件(Boundaries) 28 }<vvxi 5.2.4 材料参数(Material parameters) 28 mO#I nTO 5.2.5 掺杂浓度和材料参数(Doping & Materials) 30 N<9w{zIK( 5.2.6 有限元分析选项 (FEA Options) 30 Rr%tbt.sE 5.3 泵浦光分布窗口(Pump Profile) 32 sz'p3 5.4 二维数据模型和抛物线拟合窗口(2D Date Profile and Parabolic Fit) 32 jvu
N 5.5 三维视图窗口(3D Visualizer) 35 KwS`3 6: 第六章 基于ABCD矩阵的稳定性分析 37 EPc!p> 6.1 稳定性图表和稳定性判据窗口(Stability Diagram and Stability Criterions) 37 CE)*qFs 6.2 在拖动条处的光束参量窗口(Beam Parameters at Drag Bar Position) 38 @gNpJB]V 6.3 外部光束的入射条件窗口(Starting Conditions of External Beam) 39 g^1r0.Sp{8 6.4 高斯模式分布窗口(Gaussian Mode Profile) 40 Z;hyi'rPJ 6.5 波前弯曲窗口(Window:Curvature of Phase Front) 41 BsKbn@'uC 第七章 激光器输出功率分析 42 $4=Ne3y 7.1 激光输出功率窗口(Laser Power Output) 42 zVdKYs i^ 7.2 准三能级激光器的参数窗口(Parameters for Quasi-3-Level Lasers) 46 xJ-*%'(KZ 第八章 动态多模分析(Dynamic Multimode Analysis (DMA)) 48 y =R
aJm 8.1 简介 48 MFv
Si 8.2 多模速率方程 48 S#k{e72 * 8.3 光栏和变反射率的反射镜 50 `%|u! 8.4 激光输出功率 51 QV0M/k<' 8.5 光束质量(Beam Quality) 52 't7Z] G 8.6 Q开关分析(Q-Switch Analysis) 53 u=%y 8.6.1 脉冲形状 54 (wife#)~ 8.7 动态多模分析代码的图像用户界面(The GUI of the DMA Code) 55 bZ/
hgqS 8.7.1 高斯模式选项(Tab "Gaussian Modes") 55 dsV ~|D6: 8.7.2 速率方程选项(Tab "Rate Equations") 56 'GkvUrD9D$ 8.7.3 连续操作(Tab “CW Operation”) 57 f3!n$lj 8.7.4 Q开关选项(Tab "Q-switch") 57 TM0b-W (H 8.7.5 光栏选项(Tab "Apertures") 58 `4LJ;KC( 8.7.6 目录和文件管理 60 u*hH} 第九章 光束传输程序(Beam Propagation Method (BPM)) 62 Vc| NL^ 9.1 光束传输程序窗口(Beam Propagation Method) 62 GWgd8x*V 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 X<Z(]`i 9.3 腔迭代时的光束质量窗口(Beam Quality versus Cavity Iteration) 65 S/VA~,KCe; 9.4 右端反射镜上的强度和相位窗口(Intensity and Phase at Right End Mirror) 65 !nwbj21% 9.5本征频率光谱窗口(Spectrum of Eigenfrequencies) 66 Rb#/qkk/ 9.6 本征模窗口(Eigenmodes) 66 \7yJ\I 9.7 光束传输程序(BPM)代码窗口 66 q3+I<qsAz 第十章 综合案例 68 EY~7oNfc`R 10.1含端面泵浦棒的激光谐振腔模拟 68 ? ~,JY 10.2 含侧面泵浦棒的激光谐振腔模拟 92 u#FXW_-TK 10.3 Yb:YAG薄片激光器模拟 119 &3I$8v|!? 10.4 Yb:YAG薄片激光器动态多模分析和调Q运转模拟 133 /_q#ah 附录A 吸收系数的计算 146 ;u,rtEMy; 附录B 演示(demo)版的限制 149 I0iY+@^5 附录C 不同版本数LASCAD的新功能 150 ,ijW(95{k
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