前言
uiA:(2AQ x~tQYK 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。
4[ 0?F!% i]%"s_l 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。
{`CWzk? 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。
aZ`agsofk F6VIH( 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。
I.1l v=-3 ,C 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。
9Ib(x0_ 不当之处,敬请指正!
w{EU9C #q.G_-H4J@ 1[9j`~[([ 目录
/,$\H 前言 2
wQB{K3 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
?u!AHSr( 2、带有反射壁的空心波导 7
X>8?p'* 3、二元光学元件建模 14
G>>u#>0 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
h]$?~YE 5、大气像差与自适应光学 26
})vr*[ 6、热晕效应 29
D-:<]D: 7、部分相干光模拟 34
x]cZm^ 8、谐振腔的
优化设计 43
5?0gC&WfN 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
9$@ g;?}Ps 10、非稳环形腔模拟 53
cY'To<v 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
#gJ~ {tA: 12、体全息模拟 63
eE`1;13; 13、利用全息图实现加密和解密 68
\[I . 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
NVWeJ+w 15、拉曼放大器 80
#ic 2ofI 16、瞬态拉曼效应 90
y]f^`2L!8> 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
A=]F_ 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
H<7DcwXv 19、光学参量振荡器 109
q)xl$*g 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
MYSc*G 21、ZIG-ZAG放大器 122
0W%}z}/N 22、多程放大器 133
E816YS=' 23、调Q激光器 153
yXo0z_ G 24、
光纤耦合系统仿真 161
G_N-}J>EP 25、相干增益模型 169
yx w27~ 26、谐振腔往返传输内的采样 181
$"{3yLg 27、光纤激光器 191
B~g05`s #Y>%Dr& GLAD案例索引手册
'Mx K}9 R:BBNzY}f 目录
3H}~eEg, S*m`' 目 录 i
JBEgiQ/
AKCfoJ GLAD案例索引手册实物照片
Etc?; Z[F# GLAD软件简介 1
bZay/ Zkj Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
6`baQ!xc. Ex1a: 基本输入 2
hi
D7tb=g~ Ex1b: RTF命令文件 3
<kXV1@> Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
V*7Z,nA Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
G1;'nwf} Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
Xm=^\K3 Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
nB@iQxcz Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
nHA`B.:B Ex3: 单位选择 7
j_'rhEdLP Ex4: 变量、表达式和数值面 7
}vUlTH Ex5: 简单透镜与平面镜 7
^A"lkV7 Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
]pR fY9w Ex7: mirror/global命令 8
<+-Yh_D Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
,rB9esxic Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
jo;uR l Ex8b: 离轴单抛物面 12
k4F"UG-` Ex8c: 椭圆反射镜 12
U|Z>SE<k Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
Ce5w0&VlS Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
/q"d`!h)w Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
,D@;i Ex10: 宏、变量和udata命令 17
V)1:LLRW Ex11: 共焦非稳腔 17
,8=`* Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
Q),3&4pM Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
yLgKS8b Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
4 %!{?[$ Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
|j~EV~AJ Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
Y7kb1UG Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
{NY~JFM Ex13: 相位像差 20
\n*7#aX/ Ex13a: 各种像差的显示 21
/y9J)lx Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
I)XOAf$6 Ex14: 光束拟合 23
WE.$a t{*h Ex15: 拦光 24
.mT#%ex Ex16: 光阑与拦光 24
G_^iR- Ex17: 拉曼增益器 25
9o`7Kc/g Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
uh5Pn#da^ Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26
[<Os~bfOv Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28
X<Th{kM2 Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29
zY1s7/$i Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
KZrMf77= Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30
$W/+nmb)@K Ex24: 大气像差与自适应光学 31
p]h*6nH>~ Ex24a: 大气像差 32
9QH9gdiw Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
ljYpMv.>xG Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
YA"Ti9-EV Ex25: 地对空激光通讯系统 32
|k`f/* Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
ws>WA{]gq Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
b.R!2]T]i^ Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
*^@#X-NG Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
2JiAd*WK 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
Y^f94s:2S Ex28: 相位阵列 35
BKC7kDK3H Ex28a: 相位阵列 35
QE45!Zg Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35
lh\ICN\O Ex29: 带有风切变的大气像差 35
/ojO>Y[< Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
.~. ``a Ex31: 热晕效应 36
m"gni # Ex31a: 无热晕效应传输 37
r zM Fof Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37
Pt6hGSo. Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37
aNE9LAms Ex32: 相位共轭镜 37
3XeXzPj Ex33: 稳定腔 38
4<G? Ex33a: 半共焦腔 38
*xE"8pN/ Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔
望远镜,理想透镜 39
<%d51~@={I Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39
?Oy'awf_ Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
bBUbw *DF) Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40
w4e%-Ln Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40
t&GA6ML#s Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
0?lp/|K Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
E`Jp(gK9F Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
r}/yi Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
f^W[;w Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
,vPe}OKj Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
Gb(C#,xbK Ex33l: 谐振腔耦合 43
@br@[RpB Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
)7&42>t Ex34: 单向稳定腔 45
_ PXG AS Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
;^R A!Nj Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51
vk
@%R Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53
D
JLi ZS Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54
L5"8G,I Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
M{`/f@z( Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
T-4/d5D[ Ex36: 有限差分传播函数 57
^FP}
qW~;9 Ex36a: FDP与软孔径 58
J DLTOLG Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
$_Y/'IN`k Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
9[cp7 Rcb Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
{S[I_\3 Ex37b: 偏振,表面极化效应 60
3B@y &a#& Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
Q)09]hP[Xj Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61
G9DJa_]X Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61
3/X-Cr+d Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
*)limqe3"$ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
G1]"s@8( Ex38: 剪切干涉仪
2Y400 62
yiiyqL*E Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
s K+
(v Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64
81~Kpx Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
LmP qLH'(Q Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
gks ==|s. Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
,Pn-ZF Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
IUOxGJ|rO Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66
p6`Pp"J_tr Ex46: 光束整形滤波器 68
|#{- .r6Y] Ex47: 增益片的建模 68
{jvOHu Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
x&'o ]Y Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
/\na;GI$ Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70
k!5m@'f Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
^NXcLEaP*< Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70
_`H.h6h Ex48: 倍频 70
>DHp*$y Ex49: 单模的倍频 71
U4Z[!s$ Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
pD"YNlB^ Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
X*i/A<Y`= Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
4t04}vp Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
>ajuk Ex52: 锥像差 72
MhNFW'_ Ex53: 厄米高斯函数 74
q# MM Ex53a: 厄米高斯多项式 75
U#bl=%bF Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
l71gf.4g Ex54: 拉盖尔函数 75
0o;O`/x Ex55: 远场中的散斑效应 75
F!JJ6d53y Ex56: F-P腔与相干光注入 75
jk$86ma! Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
zrs<#8!Y_! Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面,峰值出现在140° 76
%%>_B2vc Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76
U[R@x` Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
Wt^|BjbB4 Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76
QdQd(4/1 Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
SyO79e*t Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
Ir5WN_EaS Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
~4\,&HH Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79
-T7xK/ Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79
9}5K6aQ Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79
9IA$z\<<w Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79
ZPHXzi3j Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
)t:7_M3 Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80
2edBQYWd Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80
h>alGLN> Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80
ZQ3_y $ Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
6-B 9na Ex60a: 对散焦的简单优化 80
z>;$im Ex60b: 优化的数值验证,数值目标 81
K^zDNIQU Ex60c: 优化的数值验证,阵列目标 81
- hzjV| Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,数值验证 81
&-%X:~|:X Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,内置函数 81
3NIUW!gr Ex61: 对加速模型评估的优化 82
2| B[tt1Z Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
Q6IQV0{p Ex62a: 平面波光栅,小的遮光片的影响 85
X<]qU3k5 Ex62b: 平面波光栅,第二个光栅的影响 85
?7jg(`Yh Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
H2;X Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
Z)pz, Ex65: 非相干
成像与光学传递函数(OTF) 85
09S6#; N& Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
e}0:"R%E Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
)4R:)-"f Ex67a: 六边形透镜阵列 88
auHFir8f Ex67b: 矩形透镜阵列 88
/qU>5; Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
dRI^@n Ex67d: 矩形柱透镜 88
$Z?\>K0i Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
@*MC/fe Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
p@YB?#Im Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
15{Y9! Ex67h: N×N的激光二极管阵列,高斯型包络面 88
5\Fz! Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
cCY/gEv Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为1μ 89
4f^C\i+q Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为100μ 89
K-eY|n Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
eKN$jlg Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
p'n4)I2# Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
I]nHbghcW Ex69c: 速率方程与单步骤 92
,FZT~? Ex69d:
半导体增益 92
d2S~)/@S Ex69e: 三能级系统的增益,单一上能级态 93
.>pgU{C`! Ex69f: 速率方程的数值举例 93
UsQ4~e 4- Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
w$|l{VI Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
-n5
B)uw= Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
R?66b{O Ex69j: 稳态速率方程的解 93
LfLFu9#:w Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
|3hY6aty Ex70: Udata命令的显示 93
!@A#=(4R4 Ex71: 纹影系统 94
X|DO~{-au Ex72: 测试ABCD等价系统 94
/mM2M- Ex73: 动态存储测试 95
4~z?" Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
&<pKx! Ex75: 锥面镜 95
~8T(>!hE1h Ex75a: 无焦锥面镜,左出左回 95
=Gk/k}1 Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移,左出左回 97
J#2!ZQE
3 Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
C'A]i5 Ex75d: 无焦锥面镜,位置偏移较大 98
]bi)$j.9s Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
S8,Z;y 。。。。后续还有目录
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