前言
Sob $j @??c<]9F GLAD是由美国Applied Optics Research(AOR)公司开发的一款专业的物理
光学软件,特别适用于
激光领域各种光学现象的仿真和评估!软件的开发者George Lawrence教授长期在光学领域排名NO.1的美国亚利桑那州立大学任教,在物理光学特别是激光领域拥有三十多年的研究经验。目前GLAD软件已经被国内外众多研究机构和公司作为仿真评估工具广泛使用。
2d>d(^ ?|Q5]rhs GLAD使用复振幅来描述光束,采用快速傅里叶变换结合分步傅里叶算法进行传输分析,几乎能对所有类型的激光系统进行分析,或对物理
光学系统做完整的端-对-端的分析处理,还囊括各种激光增益模型、数种非线性过程和许多其它的激光及物理光学效应。
!F7EAQn{( GLAD的使用方法为调用内部各类“积木”进行建模、传输和分析。积木的类型包括:用于进行系统和光束初始化的命令;用于表征各类像差和相位屏的命令;用于表征各类传统光学元件的命令;用于表征各类非线性过程的命令;用于表征激光增益介质的命令;用于光束参数诊断的命令;用于计算结果输入、输出的命令等。只要将不同类型的积木有机“组装”起来就可以轻松实现任意光学系统的模拟。
lkSz7dr@ Ye\*b?6 GLAD的应用领域包括:(1)包含传统光学元件,如各种
透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析;(2)光束质量的分析和评价;(3)二元衍射光学元件的分析;(4)各种波导的分析;(5)激光系统的分析:无源腔性能分析,含各类增益介质的有源腔分析;(6)多种非线性过程的模拟。
t_zY0{|P Oc"'ay(g 为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能,熟悉GLAD的使用,本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读,希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。
Q#J>vwi= 不当之处,敬请指正!
jOm&yX ;)=zvr17 ok\/5oz 目录
_ \v@9Q\ 前言 2
vS J< 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
-u3SsU)_%N 2、带有反射壁的空心波导 7
LjH&f 4mY 3、二元光学元件建模 14
@8Q+=abz 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
jy__Y=1} 5、大气像差与自适应光学 26
eJ=Y6;d$ 6、热晕效应 29
X>@.-{6T 7、部分相干光模拟 34
cO=UswIkwO 8、谐振腔的
优化设计 43
f@;>M9)< 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
~Q$c!=
10、非稳环形腔模拟 53
|bG [TOa 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
Ng_rb KXC# 12、体全息模拟 63
6(<~1{
X% 13、利用全息图实现加密和解密 68
V=l Q}sBY 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
ev;5?9\E 15、拉曼放大器 80
'De'(I 16、瞬态拉曼效应 90
wJeqa 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
{HRxyAI! 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
*p#YK| 19、光学参量振荡器 109
R0YC:rAt 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
wkZ2Y-#=' 21、ZIG-ZAG放大器 122
dV2b)p4J 22、多程放大器 133
dS;|Kl[Om 23、调Q激光器 153
RP@idz 24、
光纤耦合系统仿真 161
TNyY60E 25、相干增益模型 169
Y^*$PED? 26、谐振腔往返传输内的采样 181
ukDH@/ 27、光纤激光器 191
P#2TM ++{+
#s6 GLAD案例索引手册
_9O }d b1>$sPJ+ 目录
x4m_(CtK Aya;ycsgE 目 录 i
%wjU^Urya
seD+~Y\z GLAD案例索引手册实物照片
LWb}) #E GLAD软件简介 1
Dgq[g_+l Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
,YMdXYu`s Ex1a: 基本输入 2
CIik@O* Ex1b: RTF命令文件 3
!{~7 )iq Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
knK=ENf;e Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
p_40V%y^ Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
(B/F6
X;o. Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
f?<M3P Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
Bzy=@]` Ex3: 单位选择 7
L pi_uK Ex4: 变量、表达式和数值面 7
z#E,96R Ex5: 简单透镜与平面镜 7
O"-PNF,J Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
em9]WSfZ@` Ex7: mirror/global命令 8
?L#SnnE Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
zQ|x>3 Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
eNC5' Z Ex8b: 离轴单抛物面 12
(_n8$3T75 Ex8c: 椭圆反射镜 12
cSs/XJZ Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
.HyiPx3^ Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
$Q$d\Yvi Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
B?YfOSF=5 Ex10: 宏、变量和udata命令 17
\-iUuHP Ex11: 共焦非稳腔 17
5~R{,]52 Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
nu9k{owB T Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
{e Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
!/(}meZj Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
2Ku#j
(' Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
|b;M5w? Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
];}|h|q/{} Ex13: 相位像差 20
"N/K* Ex13a: 各种像差的显示 21
YIk6:W{ Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
"yq;{AGOGl Ex14: 光束拟合 23
:pjK\ Ex15: 拦光 24
z`:^e1vG
Ex16: 光阑与拦光 24
wG[l9)lz Ex17: 拉曼增益器 25
KeOBbe Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
S"A_TH Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26
adE0oXQH" Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28
,Y5 4(>>% Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29
1:s~ ]F@ Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
PWD]qtr Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30
%mvx}xV Ex24: 大气像差与自适应光学 31
k'q
!MZU Ex24a: 大气像差 32
L#@$Mtc Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
u]-El}*[ Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
Fl>j5[kLZ Ex25: 地对空激光通讯系统 32
$I0a2Z=dP Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
KQZ RzX>0 Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
r$eL-jQmn Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
yWk:u 5 Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
1;[
<||K 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
(9_e>2_ Ex28: 相位阵列 35
^g){)rz| Ex28a: 相位阵列 35
9U1!"/F Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35
2}\sj'0& Ex29: 带有风切变的大气像差 35
kRa$jD^? Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
I%*Zj,> Ex31: 热晕效应 36
p
8Hv7* Ex31a: 无热晕效应传输 37
+Ws}a Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37
l>P~M50D?{ Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37
Jpnp' Ex32: 相位共轭镜 37
DYk->)
Ex33: 稳定腔 38
iZ;jn8 Ex33a: 半共焦腔 38
(X'K)*G# Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔
望远镜,理想透镜 39
=,Um;hU3r Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39
JkEQ@x Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
",GC\#^v Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40
]= D Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40
ATewdq[C Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
E0Xu9IW/A Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
a'fb0fz Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
52Ffle8 Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
OU=IV;V{ Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
n!orM5=:O Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
>%A=b}VS Ex33l: 谐振腔耦合 43
C>-"*Lt Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
Ps,w(k{d Ex34: 单向稳定腔 45
ViONG]F Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
uty]-k Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51
ht!:e>z&4 Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53
Ok"wec+, Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54
cl8Mv Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
7cSvAX0Z. Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
:P'5_YSi Ex36: 有限差分传播函数 57
TJa%zi Ex36a: FDP与软孔径 58
h 'CLf] Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
.^W0;ISX Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
05DtU!3O Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
)2\a5iH Ex37b: 偏振,表面极化效应 60
+o5rR|)M+ Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
I*t}gvUt9 Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61
artS*fv3r Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61
0(.C f.B~ Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
I!%@|[ Ow Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
8;bOw Ex38: 剪切干涉仪
hD=D5LYAZ 62
|LhuZ_;1xo Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
3 g!h4?^ Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64
\8H"lcj: Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
;!Mg,jlQ Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
Z.:A26 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
9EQ,|zf' Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
<]J5AdJ Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66
,s<d"]< Ex46: 光束整形滤波器 68
tt OsL')| Ex47: 增益片的建模 68
Z r*ytbt Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
.4-S|]/d, Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
EyiM`)!5 Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70
7X"cu6%\ Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
ng\S%nA&J Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70
kSrzIq<xre Ex48: 倍频 70
HkCme_y" Ex49: 单模的倍频 71
jk?(W2c#{ Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
T!AQJ:;1 Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
m[rJFSpef Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
/_HL&|N_5 Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
+z_0 ?x Ex52: 锥像差 72
fz\Az- Ex53: 厄米高斯函数 74
bEJZh%j! Ex53a: 厄米高斯多项式 75
R2{X? 2|$ Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
~M=`f{-$K Ex54: 拉盖尔函数 75
W@LR!EW) Ex55: 远场中的散斑效应 75
(TsgVq]L Ex56: F-P腔与相干光注入 75
#-O4x`W> Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
TW$^]u~v 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
q
Sah _N 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
n1V*VQV Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
_,QUH" Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76
^ +G> N Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
)eV]M~K: Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
GWsFW[T?~ Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
1U!CD-%( Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79
!cZIoz Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79
2TO1i0 Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79
Y-9F*8< Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79
Ex{]<6UAu Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
#';r 0?| Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80
/nNHI34 Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80
iW)Ou?aS Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80
?UzHQr Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
7UiU3SUcg Ex60a: 对散焦的简单优化 80
qIl@,8T Ex60b: 优化的数值验证,数值目标 81
m"5gzH Ex60c: 优化的数值验证,阵列目标 81
>jIc/yEYKI Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,数值验证 81
NUseYU`` Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,内置函数 81
lH8?IkK,g Ex61: 对加速模型评估的优化 82
0n%`Xb0q Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
^B7Aam Ex62a: 平面波光栅,小的遮光片的影响 85
78kk"9h' Ex62b: 平面波光栅,第二个光栅的影响 85
aE}u5L$# Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
TqC"lO>:Q Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
E^G= Ex65: 非相干
成像与光学传递函数(OTF) 85
Zv_<*uzKZ Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
f#?R!pR Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
DuaOi1Gw Ex67a: 六边形透镜阵列 88
+Aq}BjD# Ex67b: 矩形透镜阵列 88
;NEHbLH#F Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
2zAS
\Y Ex67d: 矩形柱透镜 88
QHeUpJ/^ Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
kE1u-EA Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
mi+I)b= Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
$t^`Pt*:u Ex67h: N×N的激光二极管阵列,高斯型包络面 88
L=>N#QR7 Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
Ag-*DH0 Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为1μ 89
H"sey +- Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为100μ 89
&j$k58mX Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
q>?oV(sF Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
i=+ "[ h^ Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
59|Tmf(dS; Ex69c: 速率方程与单步骤 92
IcN|e4t^J+ Ex69d:
半导体增益 92
8Vp"}(Q Ex69e: 三能级系统的增益,单一上能级态 93
I#0$5a},u^ Ex69f: 速率方程的数值举例 93
iqpy5 Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
hhpH)Bi= Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
4r %NtXAa Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
F C"dQ Ex69j: 稳态速率方程的解 93
sBh|y F, Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
aV1(DZ83 Ex70: Udata命令的显示 93
:%{8lanO Ex71: 纹影系统 94
16AYB17 Ex72: 测试ABCD等价系统 94
q~lmOT~E Ex73: 动态存储测试 95
3OTSLF/ Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
6<2 7}S Ex75: 锥面镜 95
y37@4p^@9 Ex75a: 无焦锥面镜,左出左回 95
2Tp.S3 Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移,左出左回 97
F"_SCA?9? Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
~FJd{$2x` Ex75d: 无焦锥面镜,位置偏移较大 98
(RQ kwu/ Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
Vki3D'.7N 。。。。后续还有目录
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