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《GLAD典型应用案例手册》 0 ;o v^] 7`6JK 前 言 rFR2c?j8 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。 &)|3OJ'o 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。 &_y+hV { 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。 9C)w'\u9+ 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。 @DYkWivLu 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！
\ l8$1p 目 录 \^% 5! 前言 1 =AJ I3 'x 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 2F#R;B#2 2、带有反射壁的空心波导 7 _G5M Q% z 3、二元光学元件建模 14 hDs.4MZC` 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 20 ` )R@\@jt 5、大气像差与自适应光学 24 QZ54Osdl 6、热晕效应 27 to *<W,I 7、部分相干光模拟 32 )04lf*ti 8、谐振腔的优化设计 41 IRQ3> 4hI 9、共焦非稳腔模拟仿真 45 er0ClvB 10、非稳环形腔模拟 51 CfnRcnms 11、含有锥形反射镜的谐振腔 56 SAGLLk07G 12、体全息模拟 61 [ {B1~D- 13、利用全息图实现加密和解密 66 o$r]Z1 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 73 k6 f;A 15、拉曼放大器 78 N:@C%
UW} 16、瞬态拉曼效应 88 Cz_chK4 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 95 {1
9 4u %' 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 102 lYu1m 19、光学参量振荡器 107 hrR X= 20、激光二极管泵浦的固体激光器 112 Y">;2Pt; 21、ZIG-ZAG放大器 120 8}W06k>)% 22、多程放大器 131 Lay+)S.ta[ 23、调Q激光器 151 Xsc5 @ O! 24、光纤耦合系统仿真 159 , eZL&n 25、相干增益模型 167 ^50/.Z > 26、谐振腔往返传输内的采样 178 a;`-LOO5& 27、光纤激光器 188 :[N[D#/z
a".uS4x
wQ,RZO3 新书《精通LASCAD 3.6》推出 +B@NSEy/+  Y2Y2>^
0ZV)Y<DJ Zh.fv-Ecp
目 录 hoi hdVjv
9Yowz]')
第一章 LASCAD简介 1 k 852M^JP
1.1 创始人简介 1 '.@R_sj
1.2 主要功能 1 1a90S*M
1.3 主要客户 1 aM9St!i
第二章 LASCAD的安装、启动以及系统要求 4 E `)p,{T
2.1 LASCAD的安装 4 wDZFOx0#8
2.2 LASCAD的启动 4 v) q6
2.3 LASCAD对于系统的配置要求 5 v}]x> f
第三章 计算方法 6 m=S[Y^tR
3.1 复高斯模式算法 6 z[S,hD\w
3.2 有限元分析法（FEA） 6 .>?["e #,
3.3 基于光束传输程序的物理光学代码（BPM） 6 dTaR 8i
第四章 LASCAD的各窗口 8 LZ G^\c$
4.1 参数区窗口（Parameter Field） 8 -i'T!Qg1
4.1.1 X平面参数（x-Plane Parameter） 8 Q [p 0bD:
4.1.2 Y平面参数（y-Plane Parameter） 9 xIrpGLPSh
4.1.3 光栏（Apertures） 9 8'B\%.+"8e
4.1.4 常规参数（General） 10
jl2nRo
4.1.5 光斑尺寸 10 -& kQlr
4.1.6 参数区（Parameter Field）窗口版面 11 4W.;p"S2
4.2 高斯模式图窗口 11 ooIMN =
4.2.1 移动、插入和清理元件 13 .KT+,Y
4.3 主窗口（LASCAD） 14 !r.}y|t?;
4.3.1 下拉菜单 14 p^YE"2 -
4.3.1.1 文件（File） 14 ;.W 0Aa
4.3.1.2 打印（Print） 14 4 _N)1u !
4.3.1.3 打印到文件（Print to File） 15 nHKEtKDd
4.3.1.4 复制到剪切板（Copy to Clipboard） 15 }C7tlA8,7
4.3.1.5 视图（View） 15 =pcj{B{qa
4.3.1.6有限元分析（FEA） 16 n/?5[O-D]
4.3.1.7 CW激光功率（CW Laser Power） 16 #K! Df%,<
4.4 新项目窗口（New Project） 17 0v0Y(
Mo@
4.4.1 驻波谐振腔选项：（Standing Wave Resonator） 17 &F'v_9
4.4.2 环形谐振腔选项：（Ring Resonator） 17 U&3*c +B4
4.4.3 光外部束选项：（Option: External Beam） 18 XU9=@y+|v
第五章 FEA分析简介 19 T KLy38
5.1 FEA分析基本原理 19 {u.V8%8
5.2 晶体、泵浦光束和材料参数窗口（Crystal, Pump Beam, and Material Parameters） 19 -t6d`p;dR
5.2.1 模型（Models） 19 0dkM72p
5.2.2 泵浦光（Pump Light） 20 & OhKx
5.2.3 边界条件（Boundaries） 28 .4!N #'
5.2.4 材料参数（Material parameters） 28 f aO8
&
5.2.5 掺杂浓度和材料参数（Doping & Materials） 30 HB`pK'gz
5.2.6 有限元分析选项 （FEA Options） 30 Xe+&/J5b
5.3 泵浦光分布窗口（Pump Profile） 32 +X*`}-3
5.4 二维数据模型和抛物线拟合窗口（2D Date Profile and Parabolic Fit) 32 ,uKvE`H
5.5 三维视图窗口（3D Visualizer） 35 0!vC0T[
第六章 基于ABCD矩阵的稳定性分析 37 N^
D/}n
6.1 稳定性图表和稳定性判据窗口（Stability Diagram and Stability Criterions） 37 - Ez|
6.2 在拖动条处的光束参量窗口（Beam Parameters at Drag Bar Position） 38 NxXVW
6.3 外部光束的入射条件窗口（Starting Conditions of External Beam） 39 eF8`an5S
6.4 高斯模式分布窗口（Gaussian Mode Profile） 40 :LBe{ Jbw
6.5 波前弯曲窗口（Window：Curvature of Phase Front） 41 cZ!s/^o?f
第七章 激光器输出功率分析 42 0dcXgP
7.1 激光输出功率窗口（Laser Power Output） 42 &YT7>z,
7.2 准三能级激光器的参数窗口（Parameters for Quasi-3-Level Lasers） 46 gv[7h'}<
第八章 动态多模分析（Dynamic Multimode Analysis (DMA)） 48 mLk Z4OZ
8.1 简介 48 4G>|It
8.2 多模速率方程 48 ==XP}w)m
8.3 光栏和变反射率的反射镜 50 |O4A+S
8.4 激光输出功率 51 AVyZ#`,
8.5 光束质量（Beam Quality） 52 Tc88U8Gc
8.6 Q开关分析（Q-Switch Analysis） 53 HJJ ^pk&
8.6.1 脉冲形状 54 >|Jw ,,uf
8.7 动态多模分析代码的图像用户界面（The GUI of the DMA Code） 55 :x {Q
8.7.1 高斯模式选项（Tab "Gaussian Modes"） 55 4{vd6T}V!
8.7.2 速率方程选项（Tab "Rate Equations"） 56 m@O\Bi}=}
8.7.3 连续操作（Tab “CW Operation”） 57 #`p>VXBj!
8.7.4 Q开关选项（Tab "Q-switch"） 57 bg
HaheU
8.7.5 光栏选项（Tab "Apertures"） 58 @Qs-A^.
8.7.6 目录和文件管理 60 z'qVEHc)
第九章 光束传输程序（Beam Propagation Method (BPM)） 62 y2 +a2
9.1 光束传输程序窗口（Beam Propagation Method） 62 :>X7(&j8
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 h+74W0
$
9.3 腔迭代时的光束质量窗口（Beam Quality versus Cavity Iteration） 65 _"sRL} -Z
9.4 右端反射镜上的强度和相位窗口（Intensity and Phase at Right End Mirror） 65 M)J *Df0@
9.5本征频率光谱窗口（Spectrum of Eigenfrequencies） 66 nUd\4;J#
9.6 本征模窗口（Eigenmodes） 66 sd[QtK^
9.7 光束传输程序（BPM）代码窗口 66 wFJK !9KA8
第十章 综合案例 68 Dz50,*}J
10.1含端面泵浦棒的激光谐振腔模拟 68 gNqV>p
10.2 含侧面泵浦棒的激光谐振腔模拟 92 z JnVO$A'
10.3 Yb:YAG薄片激光器模拟 119 P+b^;+\1s
10.4 Yb:YAG薄片激光器动态多模分析和调Q运转模拟 133 {;4PP463
附录A 吸收系数的计算 146 4w
z
6%
附录B 演示（demo）版的限制 149 DO\EB6xH>%
附录C 不同版本数LASCAD的新功能 150 t~M<j| ]k
9#(QS+q~
以上两本激光类工具书，有兴趣扫码加微联系 W vJ?e
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