每周光学工具书推荐——激光软件工具书

《GLAD典型案例手册》 p!/ *(TT  

{>h,@   前言 SdXAL   9i`MUE1Sh   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。 [M#I Nm}   rD!UP1Nb   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。 :G4)edw e   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。 W<\*5oB%H   |'QgL0?   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。 1 ~s$<   y.aeXlc[   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。 z{(c-7*   不当之处，敬请指正！ WqRaD=R->;   L"It0C   $_+.D`vx`   目录 }>yQ!3/i   前言 2 v$~ZT_"( 9   1、传输中的相位因子与古伊相移 3 4c,{Js   2、带有反射壁的空心波导 7 )YPut.   3、二元光学元件建模 14 #9/S2m2\YG   4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 mQ=nU   5、大气像差与自适应光学 26 7e/K YS+!s   6、热晕效应 29 = KJ_LE~)   7、部分相干光模拟 34 a=r^?q'/   8、谐振腔的优化设计 43 |>dqZ_)v   9、共焦非稳腔模拟仿真 47 *?R<gWCF   10、非稳环形腔模拟 53 &eFv~9   11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 h,x'-]q   12、体全息模拟 63 umI6# Vd`=   13、利用全息图实现加密和解密 68 "vF7b|I   14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 df8aM<&m3   15、拉曼放大器 80 '-[?iF@l   16、瞬态拉曼效应 90 IJ2>\bW_p   17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 PS/00F/Ak   18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 PbIir=   19、光学参量振荡器 109 ]}9D*V   20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 9t"/@CH{   21、ZIG-ZAG放大器 122 >mp"=Y   22、多程放大器 133 `y*o-St3   23、调Q激光器 153 gPY Cw?zQ   24、光纤耦合系统仿真 161 mApl}I   25、相干增益模型 169 6B&ERdoX   26、谐振腔往返传输内的采样 181 WoDQg64   27、光纤激光器 191

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GLAD案例索引手册 I`[s(C>3@  

9D H }6fO   目录 *:,y`!F=y   i3<ZFR   目   录 i o]WG8Mo-   -3|i5 ,f   GLAD案例索引手册实物照片 I7HP~v~   GLAD软件简介 1 (E<QA   Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 qA irH1#   Ex1a: 基本输入 2 822jZ sb   Ex1b: RTF命令文件 3 (a@}J.lL   Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 ]7 2wv#-   Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 {f[X)   Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 mVEHVz $   Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 nhI1`l&   Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 {PQ!o^7y   Ex3: 单位选择 7 )jm u*D5N   Ex4: 变量、表达式和数值面 7 &/{x7;e   Ex5: 简单透镜与平面镜 7 |s{[<;   Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 nI<Ab_EB   Ex7:  mirror/global命令 8 r|JZU   Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 Bw* 6X`'Q   Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 =7 ${bp!   Ex8b: 离轴单抛物面 12 gs9VCaIa   Ex8c: 椭圆反射镜 12 ;eiqzdP   Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 vw /X   Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 d x[kG   Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 U=>4=gsG   Ex10: 宏、变量和udata命令 17 )d"s6i   Ex11: 共焦非稳腔 17 {,  zg   Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 I+FQ2\J*H   Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 X.hVMX2B   Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 ~JSa]6:_+   Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 $S{]` +   Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 V0a)9\x(\   Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 $ZfoJR]%   Ex13: 相位像差 20 '(&,i/O   Ex13a: 各种像差的显示 21 XdGA8%^cY   Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 F<|x_6a\   Ex14: 光束拟合 23 <O30X !QuK   Ex15: 拦光 24 X7{ h/^   Ex16: 光阑与拦光 24 z!/ MBM   Ex17: 拉曼增益器 25 e=w.7DSE   Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 Yn1CU   Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26 K!onV3mR   Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28 r-IG.ym3   Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29 sN9 SuQ   Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 6/&aBE=   Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30 @T8$/   Ex24: 大气像差与自适应光学 31 UJ1Ecob   Ex24a: 大气像差 32 /%5X:*:H   Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 =EdLffU[J   Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 o7WK"E!pF'   Ex25: 地对空激光通讯系统 32 oCR-KR>{Q   Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 ;,Q6AS!   Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 !>gu#Q{\-   Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 _ ZC[h~9H   Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 eE-c40Bae   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 4.}J'3 .   Ex28: 相位阵列 35 Lyj0$wbH`   Ex28a: 相位阵列 35 s^Wh!:>r/   Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35 >Pw ZHY   Ex29: 带有风切变的大气像差 35 Gp5= cV'k   Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 _/%,Z oZ2   Ex31: 热晕效应 36 'q9='TOk   Ex31a: 无热晕效应传输 37 cri.kr9Y   Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37 >Vv js   Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37 XVNJ 3/   Ex32: 相位共轭镜 37 SFRQpQ06   Ex33: 稳定腔 38 r%^J3   Ex33a: 半共焦腔 38 6m!%X GZT   Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，理想透镜 39 (XJ0?;js=   Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39 I]OVzM   Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 =Zc Vywz;+   Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40 .P>-Fh,_p   Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40 \4r?=5v*   Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 c<J/I_!   Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 Bm&%N?9   Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 La vm   Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 !;ipLC;e}   Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 H^\2,x Z   Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 r:*0)UZlD   Ex33l: 谐振腔耦合 43 WPzq?yK   Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 HLml:B[F(   Ex34: 单向稳定腔 45 (hv>vfY@   Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 gNoQ[xFx32   Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51 ,@]rvI6x   Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53 3~&h9#7Ke   Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54 lqe71](sK8   Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 t)hAD_sf   Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 @g~hYc   Ex36: 有限差分传播函数 57 IU*w'a   Ex36a: FDP与软孔径 58 GDMg.w4Yk   Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 DRU vQf   Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 TaN]{k   Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 Y']D_\y   Ex37b: 偏振，表面极化效应 60 Z(=UZI?   Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 6s$jt-bH   Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61 4`Z8EV   Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61 yDdi+   Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 "X7;^yY   Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 KnjowK   Ex38: 剪切干涉仪 Xz p!X({    I/ q>c2Pw$   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 <.lT.>'?   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 erC)2{m   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 JM?X]l   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 t/4&=]n\u   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 @&G< Np `   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 cLpkgK&a   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 M XX:i   Ex48: 倍频 70Ex49: 单模的倍频 71 @h&crI[c   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 HI}9"(t}   Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 ;}BDEBl   Ex52: 锥像差 72Ex53: 厄米高斯函数 74 Ct)l0J\XH   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 ub* j&L=   Ex54: 拉盖尔函数 75Ex55: 远场中的散斑效应 75 }j. [h;C6   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 l5R0^!t   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 Pfv| K;3i   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 4tb y N   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 :~1sF_   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 =]auP{AlE   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 J"&jR7-9   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 iO,_0Y4   Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80 3Wl,T5}{   Ex59c:  2f透镜，焦平面扫描 80Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 V>YZ^>oeH   Ex60a: 对散焦的简单优化 80Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81 t'{\S_   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 2W_p)8t>b   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 U(jZf{`Mz   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 =Bq3O58+   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 c-ah e;q   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 L =kc^dU   Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 nbGB84   Ex67a: 六边形透镜阵列 88Ex67b: 矩形透镜阵列 88 GWU"zWli]z   Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88Ex67d: 矩形柱透镜 88 d ,R   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 HaUfTQ8   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 P})Iwk|Z   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 M^E\L C   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 UY!N"[&   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 {4@+ 2)l   Ex69c: 速率方程与单步骤 92Ex69d: 半导体增益 92 O"<W<l7Q   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 4%3R}-'mh   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  >Mzk;TM   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 opKk#40   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 9EE},D   Ex71: 纹影系统 94Ex72: 测试ABCD等价系统 94 qXH\e|   Ex73: 动态存储测试 95Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 @4'bI)   Ex75: 锥面镜 95Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95 jBTXs5q   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 ygvX}q   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 9b/7~w.   。。。。。。。。 nS53mLU)   `Z}7G@ol   新书《精通LASCAD 3.6》推出[attachment=117432] =ca<..yh[d   y$]gmg   目  录 hSO(s    ;m;a"j5   第一章 LASCAD简介 1 qJQ!e    1.1 创始人简介 1 g@va@*|~d   1.2 主要功能 1 x1$:u6YD22   1.3 主要客户 1 3y9K'   第二章 LASCAD的安装、启动以及系统要求 4  b* QRd   2.1 LASCAD的安装 4 h27awO Q   2.2 LASCAD的启动 4 Z]1=nSv   2.3 LASCAD对于系统的配置要求 5 {x+"Ru~7,   第三章 计算方法 6 |7K[+aK   3.1 复高斯模式算法 6 D};zPf@!p   3.2 有限元分析法（FEA） 6 <HLe,   3.3 基于光束传输程序的物理光学代码（BPM） 6 #9{9T"ed   第四章 LASCAD的各窗口 8 Z=B6fu*   4.1 参数区窗口（Parameter Field） 8 J< E"ZoY   4.1.1 X平面参数（x-Plane Parameter） 8 .)7r /1o   4.1.2 Y平面参数（y-Plane Parameter） 9 $ylQ \Y'   4.1.3 光栏（Apertures） 9 yC]xYn)   4.1.4 常规参数（General） 10 ,<^7~d{{3m   4.1.5 光斑尺寸 10 n>_EEw2/   4.1.6 参数区（Parameter Field）窗口版面 11 7# /c7   4.2 高斯模式图窗口 11 \8~P3M":c   4.2.1 移动、插入和清理元件 13 b)SU8z!NV&   4.3 主窗口（LASCAD） 14 $/*6tsR   4.3.1 下拉菜单 14 A?Dg eSm   4.3.1.1 文件（File） 14 f1a >C   4.3.1.2 打印（Print） 14 Myl!tXawe8   4.3.1.3 打印到文件（Print to File） 15 LEq"g7YH   4.3.1.4 复制到剪切板（Copy to Clipboard） 15 W;Rx(o>   4.3.1.5 视图（View） 15 ]8}+%P,Q   4.3.1.6有限元分析（FEA） 16 'E4`qq   4.3.1.7 CW激光功率（CW Laser Power） 16 (6aSDx Sc   4.4 新项目窗口（New Project） 17 Y7vTs eq   4.4.1 驻波谐振腔选项：（Standing Wave Resonator） 17 H O^3v34ZO   4.4.2 环形谐振腔选项：（Ring Resonator） 17 sG/mmZHYzr   4.4.3 光外部束选项：（Option: External Beam） 18 "5KJ /7q!   第五章 FEA分析简介 19 U5 ` h   5.1  FEA分析基本原理 19 $a.!X8sHB.   5.2 晶体、泵浦光束和材料参数窗口（Crystal, Pump Beam, and Material Parameters） 19 RG'Ft]l92N   5.2.1 模型（Models） 19 ad\?@>[I   5.2.2 泵浦光（Pump Light） 20 23lLoyN   5.2.3 边界条件（Boundaries） 28 4@K9%   5.2.4 材料参数（Material parameters） 28 9>t   5.2.5 掺杂浓度和材料参数（Doping & Materials） 30 "Ih>>|r   5.2.6 有限元分析选项 （FEA Options） 30 K+0&~XU   5.3 泵浦光分布窗口（Pump Profile） 32 h6*&1r   5.4 二维数据模型和抛物线拟合窗口（2D Date Profile and Parabolic Fit) 32 QFP3S(   5.5 三维视图窗口（3D Visualizer） 35 5/v,|   第六章 基于ABCD矩阵的稳定性分析 37 ArFsr   6.1 稳定性图表和稳定性判据窗口（Stability Diagram and Stability Criterions） 37 B?Vr9H7n   6.2 在拖动条处的光束参量窗口（Beam Parameters at Drag Bar Position） 38 3'd(=hJ45$   6.3 外部光束的入射条件窗口（Starting Conditions of External Beam） 39 kQ,#NR/q6   6.4 高斯模式分布窗口（Gaussian Mode Profile） 40 Bs@!S?   6.5 波前弯曲窗口（Window：Curvature of Phase Front） 41 [j6EzMN   第七章 激光器输出功率分析 42 W\'njN   7.1 激光输出功率窗口（Laser Power Output） 42 v^Eg ,&(   7.2 准三能级激光器的参数窗口（Parameters for Quasi-3-Level Lasers） 46 di@4'$5#   第八章 动态多模分析（Dynamic Multimode Analysis (DMA)） 48 1]yOC)u"i   8.1 简介 48 b8?qYm   8.2 多模速率方程 48 Mp*S+Plp   8.3 光栏和变反射率的反射镜 50 U4DQ+g(A   8.4 激光输出功率 51 xbh4j!FD$   8.5 光束质量（Beam Quality） 52 TZ`@pDi   8.6  Q开关分析（Q-Switch Analysis） 53 nkKiYr   8.6.1 脉冲形状 54 p2c4 <f-M   8.7 动态多模分析代码的图像用户界面（The GUI of the DMA Code） 55 E8TJ*ZU   8.7.1 高斯模式选项（Tab "Gaussian Modes"） 55 +`EF0sux   8.7.2 速率方程选项（Tab "Rate Equations"） 56 !]%M   8.7.3 连续操作（Tab “CW Operation”） 57 U>q&p}z0H   8.7.4 Q开关选项（Tab "Q-switch"） 57 \m.ap+dFa   8.7.5 光栏选项（Tab "Apertures"） 58 S?X2MX   8.7.6 目录和文件管理 60 }Pm>mQZ},   第九章 光束传输程序（Beam Propagation Method (BPM)） 62 4H7 3a5f   9.1 光束传输程序窗口（Beam Propagation Method） 62 g/)$-Z)Nu   9.2 腔迭代时的光束半径和激光功率（Beam Radius and Laser Power versus Cavity Iteration） 64 .Z,3:3,]   9.3 腔迭代时的光束质量窗口（Beam Quality versus Cavity Iteration） 65 ?[$=5?   9.4 右端反射镜上的强度和相位窗口（Intensity and Phase at Right End Mirror） 65 /jR]sC)xs   9.5本征频率光谱窗口（Spectrum of Eigenfrequencies） 66 "6T: &>   9.6 本征模窗口（Eigenmodes） 66 IrAc&Ehul   9.7 光束传输程序（BPM）代码窗口 66 4=j,:q   第十章 综合案例 68 q|E0Y    10.1含端面泵浦棒的激光谐振腔模拟 68 }E01B_T9z   10.2 含侧面泵浦棒的激光谐振腔模拟 92 J{GtH[   10.3 Yb:YAG薄片激光器模拟 119 {K{&__Nk   10.4 Yb:YAG薄片激光器动态多模分析和调Q运转模拟 133 lpW|GFG   附录A 吸收系数的计算 146 4Xna}7   附录B 演示（demo）版的限制 149 omxBd#;F$   附录C 不同版本数LASCAD的新功能 150 A),nkw0X   -{Lc?=

y-UutI&   |{#=#3X   有兴趣可以扫码加微联系[attachment=117433]