每周光学工具书推荐——激光软件工具书

《GLAD典型案例手册》 G=y~)B}  

,X!)zAmm   前言 s.4+5 rE   y`9#zYgqA   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。 #ss/mvc3   4?Y7.:x   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。 3JC uM_y   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。 BP..p ^EPN   ]x)!Kd2>   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。 !h1:AW_iz   H!*ypJ   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。 !aSj1 2J   不当之处，敬请指正！ 0n:cmML)D   7R:j^"I@   brp3xgQ`]   目录 af<h2r   前言 2 *=i&n>   1、传输中的相位因子与古伊相移 3 yH( 'Vl   2、带有反射壁的空心波导 7 \me5"ZU   3、二元光学元件建模 14 % PzkVs   4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 U4*u|A   5、大气像差与自适应光学 26 m 3UK`~ji   6、热晕效应 29 D\M"bf>q1   7、部分相干光模拟 34 \^6[^\@[   8、谐振腔的优化设计 43 /"J 6``MV   9、共焦非稳腔模拟仿真 47 j7)mC4o:%   10、非稳环形腔模拟 53 U[MeK)*   11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 ]I)ofXu]   12、体全息模拟 63 [.4{s   13、利用全息图实现加密和解密 68 u<8b5An;   14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 %}(`?   15、拉曼放大器 80 i&m_G5u88   16、瞬态拉曼效应 90 cFc(HADM`r   17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 (s&:D`e   18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 tAq0Z)   19、光学参量振荡器 109 j4,y+9U   20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 1UK= t   21、ZIG-ZAG放大器 122 ^mn!;nu   22、多程放大器 133 @<eKk.Y?+   23、调Q激光器 153  )Xqjl   24、光纤耦合系统仿真 161 ^"O>EY':   25、相干增益模型 169 6yy%_+k*   26、谐振腔往返传输内的采样 181 keC'/\e   27、光纤激光器 191

|K_%]1*riC

GLAD案例索引手册 \(Oc3+n6  

+YZo-tE   目录 T#Q7L~?zY   f2[R2sto@   目   录 i XfE0P(sE   $ (;:4   GLAD案例索引手册实物照片 KANR=G   GLAD软件简介 1 K ,NmDc^   Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 nQQHm6N   Ex1a: 基本输入 2 +rU{-`dy9'   Ex1b: RTF命令文件 3 sJx_X8   Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 1q(Qr h   Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 2!0tD+B   Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 C W#:'   Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 7)QZ<fme   Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 b9rQQS   Ex3: 单位选择 7 ;&<N1   Ex4: 变量、表达式和数值面 7 ( 0/M?YQF   Ex5: 简单透镜与平面镜 7 Pw<'rN8''   Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 Dx1(}D   Ex7:  mirror/global命令 8 Awa| (]   Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 t3<8n;'y:   Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 FbroI>"e   Ex8b: 离轴单抛物面 12 e1a\--   Ex8c: 椭圆反射镜 12 gdeM,A|   Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 %IBT 85{   Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 8<"g&+T   Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 [L2+k? *   Ex10: 宏、变量和udata命令 17 k*?T^<c3   Ex11: 共焦非稳腔 17 Wz.iDRFl   Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 r<fcZ)jt|   Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 ;>mM9^Jaf   Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 =s":Mx,o   Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 N$kxf   Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 :0:Tl/))   Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 C0[U}Y/r2   Ex13: 相位像差 20 Qu[QcB{ro-   Ex13a: 各种像差的显示 21 z |llf7:   Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 Xi%Og \vm5   Ex14: 光束拟合 23 V3ht:>c9qs   Ex15: 拦光 24 Q&.uL}R   Ex16: 光阑与拦光 24 g>h/|bw4   Ex17: 拉曼增益器 25 @U8u6JNK'   Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 V3ozaVk;   Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26 iH4LZ   Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28 Lq5xp<   Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29 (a#gCG\   Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 OJpfiZ@Q_   Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30 F:q4cfL6   Ex24: 大气像差与自适应光学 31 .fJ8   Ex24a: 大气像差 32 zQulPU   Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 UgAp9$=z   Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 E;CM"Y*   Ex25: 地对空激光通讯系统 32 6Yn>9llo}=   Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 J{b#X"i   Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 PolJo?HZ   Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 W"Y)a|rG%   Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 *"WP*A\1   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 6=]Gom&S   Ex28: 相位阵列 35 ldUZ\z(*   Ex28a: 相位阵列 35 4+q,[m-$(   Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35 'Wnh1|z   Ex29: 带有风切变的大气像差 35 %CHw+wT&   Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 X3G593ts   Ex31: 热晕效应 36 I :<,9.    Ex31a: 无热晕效应传输 37 Fg e%6hu   Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37 (0.oE%B",1   Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37 ^}Vc| |S   Ex32: 相位共轭镜 37 BS fmS(.   Ex33: 稳定腔 38 :@i+yN cV   Ex33a: 半共焦腔 38 qm!cv;}c1   Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，理想透镜 39 C33Jzn's   Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39 F2}Fuupb.   Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 FTCIfW   Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40 K j4 BVs   Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40 cxs@ph&Wk   Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 R 9`[C   Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 d[9{&YnH !   Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 V8 8u-   Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 n#x_da-m]   Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 8c.>6 Hy   Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 x t-s" A   Ex33l: 谐振腔耦合 43 UxNn5(:sM@   Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 "b`#RohCi   Ex34: 单向稳定腔 45 VQpt1cK*   Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 ]|g2V a~-   Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51 }{N#JTmjB#   Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53 KsOSPQDGE   Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54 ^slIR!L   Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 "<0!S~]   Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 8<;.   Ex36: 有限差分传播函数 57 xcw:H&\w6   Ex36a: FDP与软孔径 58 uuEvH<1   Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 E~}H,*)   Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 $/"Ymm#"\Y   Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 #).^k-    Ex37b: 偏振，表面极化效应 60 *,G<X^   Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 ;>Z+b#C[   Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61 8(4!x$,Z5   Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61 0bh 6ay4   Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 u;$qJj S N   Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 6<W^T9}v@/   Ex38: 剪切干涉仪 !O"2)RU1   V]--d33/a   Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64 sC\?{B0r   Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 |.Vgk8oTl   Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 pP.`+vPi   Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66Ex46: 光束整形滤波器 68 &'12,'8   Ex47: 增益片的建模 68Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 9e`};DE    Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70 'Grej8   Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70 k?7"r4Vc)S   Ex48: 倍频 70Ex49: 单模的倍频 71 RjVUm+<   Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 }Y7P2W+4?   Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 12#yHsk   Ex52: 锥像差 72Ex53: 厄米高斯函数 74 k:?)0Uh%^   Ex53a: 厄米高斯多项式 75Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 W^3 Jg2gE   Ex54: 拉盖尔函数 75Ex55: 远场中的散斑效应 75 W]Xwt'ABz   Ex56: F-P腔与相干光注入 75Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 ]Y]]X[@   Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76Ex56c: 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 t }4   Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76 G_=i#Tu[   Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 ef*Z;HI0   Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79 vGsAM*vw6   Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79 %G(VYCeK   Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 mxCneX   Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80 EFDmNud`Q   Ex59c:  2f透镜，焦平面扫描 80Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80  cRKLyb   Ex60a: 对散焦的简单优化 80Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81 .^A4w;jPU   Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81 1@I#Fv   Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81Ex61: 对加速模型评估的优化 82 W[I[Xg&   Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85 uzQj+Po   Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85 ep 3VJ"^   Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85Ex65: 非相干成像与光学传递函数（OTF） 85 3. dSS   Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 " TCJT390   Ex67a: 六边形透镜阵列 88Ex67b: 矩形透镜阵列 88 / :.I&^>P   Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88Ex67d: 矩形柱透镜 88 x_O:IK.>   Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 r ts2Jk7f   Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88 }0<2n~3P   Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89 g \S6>LG!   Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 a\m=E#G   Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92 mN{H^   Ex69c: 速率方程与单步骤 92Ex69d: 半导体增益 92 j{FRD8]V   Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93Ex69f: 速率方程的数值举例 93 3>3t(M|   Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93 #@YKNS[   Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93Ex69j: 稳态速率方程的解 93 7p'pz8n`X   Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93Ex70: Udata命令的显示 93 /NB|N*}O)   Ex71: 纹影系统 94Ex72: 测试ABCD等价系统 94 Heqr1btK   Ex73: 动态存储测试 95Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 n\Lsm   Ex75: 锥面镜 95Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95 < `;Mf>V   Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97 mW)kWuOO   Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔 ? .B t.   。。。。。。。。 @P0rNO%y   1Bs t|   新书《精通LASCAD 3.6》推出[attachment=117432] !_+FuF"@   GNHXtu6   目  录 |#t^D.j   g3'dkS!   第一章 LASCAD简介 1 ]srL>29_b   1.1 创始人简介 1 `yl| NL   1.2 主要功能 1 ,e 7 ~G   1.3 主要客户 1 <}&J|()   第二章 LASCAD的安装、启动以及系统要求 4 @ukL!AV?Y   2.1 LASCAD的安装 4 xv>8rW(Np5   2.2 LASCAD的启动 4 '%e@7Cs   2.3 LASCAD对于系统的配置要求 5 d$\n@}8eZp   第三章 计算方法 6 N49{J~   3.1 复高斯模式算法 6 l(Qnt P   3.2 有限元分析法（FEA） 6 "<egm^Yq   3.3 基于光束传输程序的物理光学代码（BPM） 6 6&i])iH   第四章 LASCAD的各窗口 8 zO9WqP_`iR   4.1 参数区窗口（Parameter Field） 8 k=d_{2 ~   4.1.1 X平面参数（x-Plane Parameter） 8 vfT @;`   4.1.2 Y平面参数（y-Plane Parameter） 9 Xeja\5zB   4.1.3 光栏（Apertures） 9 /!5cf;kl*l   4.1.4 常规参数（General） 10 qMVuB v   4.1.5 光斑尺寸 10 Z *tHZ7b   4.1.6 参数区（Parameter Field）窗口版面 11 =<(6yu_   4.2 高斯模式图窗口 11 Zl#';~9W   4.2.1 移动、插入和清理元件 13 Ao\OU}   4.3 主窗口（LASCAD） 14 !6taOT>v   4.3.1 下拉菜单 14 b~ig$!N]   4.3.1.1 文件（File） 14 .pxUO3g   4.3.1.2 打印（Print） 14 \qW^AD(it<   4.3.1.3 打印到文件（Print to File） 15 ,Cm1~ExJ   4.3.1.4 复制到剪切板（Copy to Clipboard） 15 p+nB@fN/   4.3.1.5 视图（View） 15 Y*jkUQ   4.3.1.6有限元分析（FEA） 16 OS(Ua   4.3.1.7 CW激光功率（CW Laser Power） 16 iqX%pR~Yo   4.4 新项目窗口（New Project） 17 Y^#>3T   4.4.1 驻波谐振腔选项：（Standing Wave Resonator） 17 'g<FL`iP   4.4.2 环形谐振腔选项：（Ring Resonator） 17 btC<>(kl&   4.4.3 光外部束选项：（Option: External Beam） 18 ER!s   第五章 FEA分析简介 19 9O&MsTmg$   5.1  FEA分析基本原理 19 ^8ilUu   5.2 晶体、泵浦光束和材料参数窗口（Crystal, Pump Beam, and Material Parameters） 19 yJ; ;&   5.2.1 模型（Models） 19 #="Lr4T   5.2.2 泵浦光（Pump Light） 20 )ARV>(   5.2.3 边界条件（Boundaries） 28 -:!T@ rV,d   5.2.4 材料参数（Material parameters） 28 './qBJ   5.2.5 掺杂浓度和材料参数（Doping & Materials） 30 B.Z5+MgM   5.2.6 有限元分析选项 （FEA Options） 30 !_>/ r   5.3 泵浦光分布窗口（Pump Profile） 32 sx[mbKj<   5.4 二维数据模型和抛物线拟合窗口（2D Date Profile and Parabolic Fit) 32 0LHge7482   5.5 三维视图窗口（3D Visualizer） 35 <pT1p4T<   第六章 基于ABCD矩阵的稳定性分析 37 W-1Ub |8C   6.1 稳定性图表和稳定性判据窗口（Stability Diagram and Stability Criterions） 37 [--] ?Dr   6.2 在拖动条处的光束参量窗口（Beam Parameters at Drag Bar Position） 38 5C-n"8&C&   6.3 外部光束的入射条件窗口（Starting Conditions of External Beam） 39 U6nC <3f F   6.4 高斯模式分布窗口（Gaussian Mode Profile） 40 k^UrFl   6.5 波前弯曲窗口（Window：Curvature of Phase Front） 41 h5E<wyd96.   第七章 激光器输出功率分析 42 4kNSF   7.1 激光输出功率窗口（Laser Power Output） 42 v~!_DD au   7.2 准三能级激光器的参数窗口（Parameters for Quasi-3-Level Lasers） 46 ~^~+p   第八章 动态多模分析（Dynamic Multimode Analysis (DMA)） 48 cR6#$-a   8.1 简介 48 sPX~>8}|VP   8.2 多模速率方程 48 l2!ztK1^   8.3 光栏和变反射率的反射镜 50 D0gz ((   8.4 激光输出功率 51 i~DLo3   8.5 光束质量（Beam Quality） 52 G@dw5EfF9   8.6  Q开关分析（Q-Switch Analysis） 53 y.Yni*xt/   8.6.1 脉冲形状 54 t.XuH#   8.7 动态多模分析代码的图像用户界面（The GUI of the DMA Code） 55 :?3y)*J!   8.7.1 高斯模式选项（Tab "Gaussian Modes"） 55 2DBFY1[Pk   8.7.2 速率方程选项（Tab "Rate Equations"） 56 OBM&N   8.7.3 连续操作（Tab “CW Operation”） 57 K;g6V!U   8.7.4 Q开关选项（Tab "Q-switch"） 57 59_VC('   8.7.5 光栏选项（Tab "Apertures"） 58 =\jPnov!   8.7.6 目录和文件管理 60 <oTNo>U/k   第九章 光束传输程序（Beam Propagation Method (BPM)） 62 y2x)<.cDP   9.1 光束传输程序窗口（Beam Propagation Method） 62 N?s5h?   9.2 腔迭代时的光束半径和激光功率（Beam Radius and Laser Power versus Cavity Iteration） 64 +227SPLd   9.3 腔迭代时的光束质量窗口（Beam Quality versus Cavity Iteration） 65 c=:A/z{   9.4 右端反射镜上的强度和相位窗口（Intensity and Phase at Right End Mirror） 65 i"M$hXO   9.5本征频率光谱窗口（Spectrum of Eigenfrequencies） 66 N2EX`@_2   9.6 本征模窗口（Eigenmodes） 66 {*qz<U>   9.7 光束传输程序（BPM）代码窗口 66 tjDCfJx*   第十章 综合案例 68 `uqsYY`V   10.1含端面泵浦棒的激光谐振腔模拟 68 Z#_VxA>]v   10.2 含侧面泵浦棒的激光谐振腔模拟 92 9>L{K    10.3 Yb:YAG薄片激光器模拟 119 >D$NEO^   10.4 Yb:YAG薄片激光器动态多模分析和调Q运转模拟 133 +&)&Ny$W   附录A 吸收系数的计算 146 3)~z~p7   附录B 演示（demo）版的限制 149 hL/   附录C 不同版本数LASCAD的新功能 150 V34]5   ddeH-Z

+JBYGYN&K   ! lm0zR   有兴趣可以扫码加微联系[attachment=117433]