[产品]激光与物理光学-《GLAD典型案例手册》 [复制链接]

前言 2
qQ;U?:q  
g+7j?vC{'  
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。 TF80WMt  
xdVsbW)L2  
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。 IVVX3RI  
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。 h6}rOchj  
y(#6nG@S  
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。 skU }BUK6  
LB[?kpy  
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。 ~,Yd.?.TI  
不当之处，敬请指正！ nPDoK!r'  
c?KIHZ0  
dn:\V?9  
目录 jeB"j  
前言 2 X\>/'fC$  
1、传输中的相位因子与古伊相移 3 rU(-R@["  
2、带有反射壁的空心波导 7 HKIr?  
3、二元光学元件建模 14 bR;.KC3C
 
4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 6G}4KGQc  
5、大气像差与自适应光学 26 .*X=[" F  
6、热晕效应 29 =pTTXo  
7、部分相干光模拟 34 2dK:VC4U  
8、谐振腔的优化设计 43 6!N2B[9  
9、共焦非稳腔模拟仿真 47 :DeJnE  
10、非稳环形腔模拟 53 -8R SE4)  
11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 \cf'Hj

}  
12、体全息模拟 63 8'NT_NPNb  
13、利用全息图实现加密和解密 68 x 0#u2j?zj  
14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 e{3%-  
15、拉曼放大器 80 \(&&ed:  
16、瞬态拉曼效应 90 }8s&~fH  
17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 %;|dEY
 
18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 %$'fq*8b  
19、光学参量振荡器 109 PS=q):R|  
20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 VF b  
21、ZIG-ZAG放大器 122 E}THG=6  
22、多程放大器 133 0{u%J%;  
23、调Q激光器 153 3}fhU{
-c  
24、光纤耦合系统仿真 161 5:#|Op N  
25、相干增益模型 169 {B e9$$W,  
26、谐振腔往返传输内的采样 181 ?YUL~P  
27、光纤激光器 191 ==oJhB  
G]{^.5  
GLAD案例索引手册 8EX?/33$  
}`!-WY  
目录 lR9uD9Dr  
{oR@'^N  
目   录 i .}uri1k"@k  
c=QN!n:  
Bk^o$3#  
GLAD软件简介 1 HLdHyK/S  
Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 =BJe}AV  
Ex1a: 基本输入 2 YW&`PJ9o  
Ex1b: RTF命令文件 3 zL3zvOhu}  
Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 @ &Od1X  
Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 dV16'  
Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 FjLMN{eH/  
Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 `%EcQ}Nr  
Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 #K/JU{"  
Ex3: 单位选择 7 ledr[)  
Ex4: 变量、表达式和数值面 7 tkkh<5{C   
Ex5: 简单透镜与平面镜 7 4tx6h<L#s  
Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 K V  
Ex7:  mirror/global命令 8 #0\* 86  
Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 JfK4|{@  
Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 ]ms+Va_/  
Ex8b: 离轴单抛物面 12 N9y+Psh  
Ex8c: 椭圆反射镜 12 n3qRt  
Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 wZW\r!Us  
Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 ~*UY[!+4^=  
Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 Mn<s9ITS-  
Ex10: 宏、变量和udata命令 17 TtKKU4yp  
Ex11: 共焦非稳腔 17 B#35)QI  
Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 -YmIRocx  
Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 {,Rlq  
Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 Cud!JpL  
Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 LafBf6wds  
Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 G;/l[mvh,  
Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 '5~l{3Lw  
Ex13: 相位像差 20 & 9 c^9<F  
Ex13a: 各种像差的显示 21 {^^LeUd#V  
Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 8.7q -<Q  
Ex14: 光束拟合 23 jUgx ;=  
Ex15: 拦光 24 e$JC
ak=  
Ex16: 光阑与拦光 24 C5$?Y8B3  
Ex17: 拉曼增益器 25 6Z2|j~  
Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 5zkj;?s  
Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26 xU}J6 Tv  
Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28 (/!@ -]1  
Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29 qDz[=6BF  
Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 DlAwB1Ak  
Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30 o^//|]H3Y  
Ex24: 大气像差与自适应光学 31 j]]5&u/l  
Ex24a: 大气像差 32 o)x&|0_  
Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 >l/pwb@  
Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 J#t8xL  
Ex25: 地对空激光通讯系统 32 $J,$_O6  
Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 n%iL+I  
Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 /=A@O !l  
Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 7~'%ThUb$-  
Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 gs0`nysM#  
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 "a3
3m:]J  
Ex28: 相位阵列 35 RAws{<6T-  
Ex28a: 相位阵列 35 U>m{B|H  
Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35 ]gm3|-EiY  
Ex29: 带有风切变的大气像差 35 g)D@4RM  
Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 1uR@ZK  
Ex31: 热晕效应 36 {?EmO+![}  
Ex31a: 无热晕效应传输 37 bn5O2  
Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37 Wa.!eAe}  
Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37 w(t1m]pF[  
Ex32: 相位共轭镜 37 e7\gd\  
Ex33: 稳定腔 38 NYs<`6P:Y  
Ex33a: 半共焦腔 38 ,j\uvi(Y  
Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，理想透镜 39 ~ b66 ;  
Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39 ;C , g6{  
Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 #F2DEo^0  
Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40 QZa^Cng~  
Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40 d(R8^v/L  
Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 h4MBw=Tz~  
Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 @~N"MsF3  
Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 )1R[X!KQ7  
Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 @H(7Mt  
Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 aRI.&
3-  
Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 ,1lW`Krx  
Ex33l: 谐振腔耦合 43 dnXu(e%  
Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 C=U4z|Ym  
Ex34: 单向稳定腔 45 X}
C8!LA  
Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 "&^KnWk=  
Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51 (b&Z\?"  
Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53 R\#5;W^  
Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54 $AMcU5^b7  
Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 3DB= Xh  
Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 @Gw]cm  
Ex36: 有限差分传播函数 57 )J+rt^4|  
Ex36a: FDP与软孔径 58 ,1JQjsR   
Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 ^8-,S[az  
Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 Pc5C*{C  
Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 KbK!4  
Ex37b: 偏振，表面极化效应 60 U~@;2\ o  
Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 In!^+j  
Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61 DW:\6k  
Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61 vk(I7  
Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 l=S!cj;  
Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 ;p
fN  
Ex38: 剪切干涉仪 qf<o"B|_9  
62 o54=^@>O<j  
Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 Az#kE.8b*A  
Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64 M\7F1\ X  
Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 RF4B]Gqd  
Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 ;b=7m#5  
Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 +
u\w4byl  
Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 ~HT:BO$  
Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66 'xaEG,P  
Ex46: 光束整形滤波器 68 |o(te  
Ex47: 增益片的建模 68
$M4_"!  
Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
$-!7<a-  
Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70 6Rq +=X  
Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70 n:s _2h(u  
Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 Qx!Bf_,J  
Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70 {BaPK&x,  
Ex48: 倍频 70 `w@z Fc!"  
Ex49: 单模的倍频 71 Fy$C._C$  
Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 O<Ay`p5  
Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 `Jj b4]  
Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 wnLpf  
Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 ) R\";{`M  
Ex52: 锥像差 72 Ep')@7^n  
Ex53: 厄米高斯函数 74 Iq6EoDoq  
Ex53a: 厄米高斯多项式 75 d0zp89BEn  
Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 Yc3\
 
Ex54: 拉盖尔函数 75 ^r7KEeVD  
Ex55: 远场中的散斑效应 75 s`.J!^u`  
Ex56: F-P腔与相干光注入 75 _25PyG  
Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 7M?Sndp$  
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 p#rqe<Ua  
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 '9<8<d7?  
Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 9fM=5  
Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76 wZ`{ i  
Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 IM2<:N%'  
Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 G'nSnw  
Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 uz=9L<$  
Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79 $I ,Np)i  
Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79 "EWq{l_I5$  
Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79 5C*-v,hF  
Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79 .6bo  
Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 JZ-64OT  
Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80 U56g|V  
Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80 n}4q2x"  
Ex59c:  2f透镜，焦平面扫描 80 As tuM]  
Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 pB%oFWqK  
Ex60a: 对散焦的简单优化 80 j^f54Ky.  
Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81 37M,Os1(  
Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81 X .K*</(g  
Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
]}]+aB  
Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81 nI+.De~  
Ex61: 对加速模型评估的优化 82 eU]I !pI<  
Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82 mOL
z(0  
Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85 +#X+QG  
Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85 ZR{YpLFQ  
Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85 x&EMg!  
Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85 L}g#h+GP[  
Ex65: 非相干成像与光学传递函数（OTF） 85 a^O>i#i  
Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86 U2Ky4UFm  
Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 7s}F`fjKP  
Ex67a: 六边形透镜阵列 88 X1V~.kvt)  
Ex67b: 矩形透镜阵列 88 u{l4O1k/c  
Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88 v&f\ Jv7  
Ex67d: 矩形柱透镜 88 !l6ht{  
Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88 ps/|^8aGZ  
Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 }ZiJHj'<  
Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88 6IJ;od.\b$  
Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88 ?TmVLny  
Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88 u:w
ijkx
 
Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89 n+vv %  
Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89 Mdu\ci)lr  
Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 Sj8fo^K50  
Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89 "`a,/h'  
Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92 a [f}-t9  
Ex69c: 速率方程与单步骤 92 *Rc?rMF!  
Ex69d: 半导体增益 92 E?Qg'|+_  
Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93 k6\&[BQs  
Ex69f: 速率方程的数值举例 93 7|!Zx-}  
Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93 V*@&<x"E  
Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93 3
rLc\rK  
Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93 h 3  J&  
Ex69j: 稳态速率方程的解 93 ]2[\E~^KU  
Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93 XuU>.T$]c  
Ex70: Udata命令的显示 93 Z 2$S'}F  
Ex71: 纹影系统 94 IiX2O(*ZE  
Ex72: 测试ABCD等价系统 94 ~BnmAv$m[  
Ex73: 动态存储测试 95 m/,8\+  
Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 _u~`RlA  
Ex75: 锥面镜 95 C]na4yE8  
Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95 wDBU+Z  
Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97 lg^Lk\Y+re  
Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97 %GMCyT  
Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98 z`]:\j'O3"  
Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔 v.gAi6  
。。。。后续还有目录 CXi:?6OG  
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