激光类软件工具书

《GLAD典型应用案例手册》

前言
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。
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。
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。
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。
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！

目录
前言 1
1、传输中的相位因子与古伊相移 3
2、带有反射壁的空心波导 7
3、二元光学元件建模 14
4、离轴抛物面聚焦过程模拟 20
5、大气像差与自适应光学 24
6、热晕效应 27
7、部分相干光模拟 32
8、谐振腔的优化设计 41
9、共焦非稳腔模拟仿真 45
10、非稳环形腔模拟 51
11、含有锥形反射镜的谐振腔 56
12、体全息模拟 61
13、利用全息图实现加密和解密 66
14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 73
15、拉曼放大器 78
16、瞬态拉曼效应 88
17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 95
18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 102
19、光学参量振荡器 107
20、激光二极管泵浦的固体激光器 112
21、ZIG-ZAG放大器 120
22、多程放大器 131
23、调Q激光器 151
24、光纤耦合系统仿真 159
25、相干增益模型 167
26、谐振腔往返传输内的采样 178
27、光纤激光器 188

新书《精通LASCAD 3.6》推出
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目  录

第一章 LASCAD简介 1
1.1 创始人简介 1
1.2 主要功能 1
1.3 主要客户 1
第二章 LASCAD的安装、启动以及系统要求 4
2.1 LASCAD的安装 4
2.2 LASCAD的启动 4
2.3 LASCAD对于系统的配置要求 5
第三章计算方法 6
3.1 复高斯模式算法 6
3.2 有限元分析法（FEA） 6
3.3 基于光束传输程序的物理光学代码（BPM） 6
第四章 LASCAD的各窗口 8
4.1 参数区窗口（Parameter Field） 8
4.1.1 X平面参数（x-Plane Parameter） 8
4.1.2 Y平面参数（y-Plane Parameter） 9
4.1.3 光栏（Apertures） 9
4.1.4 常规参数（General） 10
4.1.5 光斑尺寸 10
4.1.6 参数区（Parameter Field）窗口版面 11
4.2 高斯模式图窗口 11
4.2.1 移动、插入和清理元件 13
4.3 主窗口（LASCAD） 14
4.3.1 下拉菜单 14
4.3.1.1 文件（File） 14
4.3.1.2 打印（Print） 14
4.3.1.3 打印到文件（Print to File） 15
4.3.1.4 复制到剪切板（Copy to Clipboard） 15
4.3.1.5 视图（View） 15
4.3.1.6有限元分析（FEA） 16
4.3.1.7 CW激光功率（CW Laser Power） 16
4.4 新项目窗口（New Project） 17
4.4.1 驻波谐振腔选项：（Standing Wave Resonator） 17
4.4.2 环形谐振腔选项：（Ring Resonator） 17
4.4.3 光外部束选项：（Option: External Beam） 18
第五章 FEA分析简介 19
5.1  FEA分析基本原理 19
5.2 晶体、泵浦光束和材料参数窗口（Crystal, Pump Beam, and Material Parameters） 19
5.2.1 模型（Models） 19
5.2.2 泵浦光（Pump Light） 20
5.2.3 边界条件（Boundaries） 28
5.2.4 材料参数（Material parameters） 28
5.2.5 掺杂浓度和材料参数（Doping & Materials） 30
5.2.6 有限元分析选项（FEA Options） 30
5.3 泵浦光分布窗口（Pump Profile） 32
5.4 二维数据模型和抛物线拟合窗口（2D Date Profile and Parabolic Fit) 32
5.5 三维视图窗口（3D Visualizer） 35
第六章基于ABCD矩阵的稳定性分析 37
6.1 稳定性图表和稳定性判据窗口（Stability Diagram and Stability Criterions） 37
6.2 在拖动条处的光束参量窗口（Beam Parameters at Drag Bar Position） 38
6.3 外部光束的入射条件窗口（Starting Conditions of External Beam） 39
6.4 高斯模式分布窗口（Gaussian Mode Profile） 40
6.5 波前弯曲窗口（Window：Curvature of Phase Front） 41
第七章激光器输出功率分析 42
7.1 激光输出功率窗口（Laser Power Output） 42
7.2 准三能级激光器的参数窗口（Parameters for Quasi-3-Level Lasers） 46
第八章动态多模分析（Dynamic Multimode Analysis (DMA)） 48
8.1 简介 48
8.2 多模速率方程 48
8.3 光栏和变反射率的反射镜 50
8.4 激光输出功率 51
8.5 光束质量（Beam Quality） 52
8.6  Q开关分析（Q-Switch Analysis） 53
8.6.1 脉冲形状 54
8.7 动态多模分析代码的图像用户界面（The GUI of the DMA Code） 55
8.7.1 高斯模式选项（Tab "Gaussian Modes"） 55
8.7.2 速率方程选项（Tab "Rate Equations"） 56
8.7.3 连续操作（Tab “CW Operation”） 57
8.7.4 Q开关选项（Tab "Q-switch"） 57
8.7.5 光栏选项（Tab "Apertures"） 58
8.7.6 目录和文件管理 60
第九章光束传输程序（Beam Propagation Method (BPM)） 62
9.1 光束传输程序窗口（Beam Propagation Method） 62
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
9.3 腔迭代时的光束质量窗口（Beam Quality versus Cavity Iteration） 65
9.4 右端反射镜上的强度和相位窗口（Intensity and Phase at Right End Mirror） 65
9.5本征频率光谱窗口（Spectrum of Eigenfrequencies） 66
9.6 本征模窗口（Eigenmodes） 66
9.7 光束传输程序（BPM）代码窗口 66
第十章综合案例 68
10.1含端面泵浦棒的激光谐振腔模拟 68
10.2 含侧面泵浦棒的激光谐振腔模拟 92
10.3 Yb:YAG薄片激光器模拟 119
10.4 Yb:YAG薄片激光器动态多模分析和调Q运转模拟 133
附录A 吸收系数的计算 146
附录B 演示（demo）版的限制 149
附录C 不同版本数LASCAD的新功能 150

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