[产品]激光与物理光学-《GLAD典型案例手册》 [复制链接]

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。 {`CWz
k?  
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 /,$\H  
前言 2 wQB{K
3  
1、传输中的相位因子与古伊相移 3 ?
u!AHSr(  
2、带有反射壁的空心波导 7 X>8?p'*  
3、二元光学元件建模 14 G>>u#>0  
4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 h]$?~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 $"{3yLg  
27、光纤激光器 191 B~g05`s  
#Y>%Dr&  
GLAD案例索引手册 'Mx K}9  
R:BBNzY}f  
目录 3H}~eEg,  
S*m`'  
目   录 i JBEgiQ/  
AKCfoJ  
Etc?;Z[F#  
GLAD软件简介 1 bZay/ Zkj  
Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 6`baQ!xc.  
Ex1a: 基本输入 2 hi D7tb=g~  
Ex1b: RTF命令文件 3 <kXV1@>  
Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 V*7Z,nA  
Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 G1;'nwf}  
Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 Xm=^\K3  
Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 nB@iQxcz  
Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 nHA`B.:B  
Ex3: 单位选择 7 j_'rhEdLP  
Ex4: 变量、表达式和数值面 7 }vUlTH  
Ex5: 简单透镜与平面镜 7 ^A"lkV7  
Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 ]pRfY9w  
Ex7:  mirror/global命令 8 <+-Yh_D  
Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 ,rB9esxic  
Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 jo;uRl  
Ex8b: 离轴单抛物面 12 k4F"UG-`  
Ex8c: 椭圆反射镜 12 U|Z>SE<k  
Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 Ce5w0&VlS  
Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 /q"d`!h)w  
Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 ,D@;i  
Ex10: 宏、变量和udata命令 17 V)1:LLRW  
Ex11: 共焦非稳腔 17 ,8=`*  
Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 Q),3&4pM  
Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
yLgKS8b  
Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 4%!{?[$  
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~JF
M  
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$6  
Ex14: 光束拟合 23 WE.$at{*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 9QH
9gdiw  
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 2JiA
d*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 zMFof  
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 JLiZS  
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 JDLTOLG  
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 G1]"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 sK+ (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 0
o;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$86ma!  
Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 zrs<#8!Y_!  
Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76 %%>_B2vc  
Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76 U[R@x`  
Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 Wt^|BjbB4  
Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76 QdQd(4/1  
Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 SyO79e*t  
Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 Ir5WN_EaS  
Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 ~4\,&HH  
Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79 -T7xK/  
Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79 9}5K6aQ  
Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79 9IA$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 $Z?\>K0i  
Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88 @*MC/fe  
Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 p@YB?#Im  
Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88 15{Y9
!  
Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88 5\F
z!  
Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88 cCY/gEv  
Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89 4f^C\i+q  
Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89 K-eY|n  
Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 eKN$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 o*g|m.SjL  
对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系 B;K`q  
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