每周光学工具书推荐——激光软件工具书

《GLAD典型案例手册》 ^ cd5Zl  

u2Z^iY   前言 ykl=KR   Ku,A}5-6   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。 `Q_ R/9~   $">NW& i(   GLAD使用复振幅来描述光束，采用快速傅里叶变换结合分步傅里叶算法进行传输分析，几乎能对所有类型的激光系统进行分析，或对物理光学系统做完整的端-对-端的分析处理，还囊括各种激光增益模型、数种非线性过程和许多其它的激光及物理光学效应。 U=1`. Ove   GLAD的使用方法为调用内部各类“积木”进行建模、传输和分析。积木的类型包括：用于进行系统和光束初始化的命令；用于表征各类像差和相位屏的命令；用于表征各类传统光学元件的命令；用于表征各类非线性过程的命令；用于表征激光增益介质的命令；用于光束参数诊断的命令；用于计算结果输入、输出的命令等。只要将不同类型的积木有机“组装”起来就可以轻松实现任意光学系统的模拟。 .&!{8jBX   c!FjHlAnP   GLAD的应用领域包括：（1）包含传统光学元件，如各种透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析；（2）光束质量的分析和评价；（3）二元衍射光学元件的分析；（4）各种波导的分析；（5）激光系统的分析：无源腔性能分析，含各类增益介质的有源腔分析；（6）多种非线性过程的模拟。 -(,6w?   H {Wpf9_ K   为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能，熟悉GLAD的使用，本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读，希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。 Dve5m=   不当之处，敬请指正！ xB]v   \$Qm2XKrK   &7nfTc   目录 F[giq1#   前言 2 (ZR"O8   1、传输中的相位因子与古伊相移 3 rnr8t]   2、带有反射壁的空心波导 7 ?'_7#0R_0   3、二元光学元件建模 14 g\h7`-#t   4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 4sgwQ$m)   5、大气像差与自适应光学 26 o5A_j?t   6、热晕效应 29 lNPbU ~k   7、部分相干光模拟 34 C+IE<=%F   8、谐振腔的优化设计 43 t#{>y1[29   9、共焦非稳腔模拟仿真 47 ?{Z0g+B1   10、非稳环形腔模拟 53 Ln -?/[E   11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 HWAqJb [   12、体全息模拟 63 hWe}(Ks   13、利用全息图实现加密和解密 68 LjAIB(*   14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 &H>dE]Hq,   15、拉曼放大器 80 j %0_!*#3   16、瞬态拉曼效应 90 6?x{-Zj^?   17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 *N+aZV}`Z   18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 0'oT {iN   19、光学参量振荡器 109 2g545r.   20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 W,J,h6{F   21、ZIG-ZAG放大器 122 =5eDT~=2{U   22、多程放大器 133 *}&aK}h}I   23、调Q激光器 153 ZKL%rp_   24、光纤耦合系统仿真 161 +# >%bq x   25、相干增益模型 169 U.0/r!po   26、谐振腔往返传输内的采样 181 9m9=O&C~-<   27、光纤激光器 191

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GLAD案例索引手册 rq?x]`u   

a];g   目录 x)5v8kgf   L` "UeNT   目   录 i X*q C:]e   aH"c0A   GLAD案例索引手册实物照片 vw;   GLAD软件简介 1 .e+UgCwi   Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 /)|y+<E]}   Ex1a: 基本输入 2 7rg[5hP T   Ex1b: RTF命令文件 3 m~B=C>r}t   Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 ![tI(TPq   Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 L,/i%-J3c   Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 21j+c{O   Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 uK5Px!   Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 L?(rv.lb   Ex3: 单位选择 7 #^V"=RbD   Ex4: 变量、表达式和数值面 7 I\23as0q   Ex5: 简单透镜与平面镜 7 ~.PYS!" +   Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 .>&fwG   Ex7:  mirror/global命令 8 =h;!#ZC   Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 &3J#"9_S   Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 'a*IZb-M   Ex8b: 离轴单抛物面 12 _O<{H'4NO   Ex8c: 椭圆反射镜 12 !:e qPpz   Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 PEl]HI_H   Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 M(jH"u&f   Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 X>>rvlDN   Ex10: 宏、变量和udata命令 17 o3kj7U:'x   Ex11: 共焦非稳腔 17 e{:qW'%   Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 XQ+hTtP   Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 K gX)fj   Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 T5;D0tM/   Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 <H/H@xQ8G   Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 Yv -uC}e   Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 Oa .%n9ec   Ex13: 相位像差 20 +pm8;&   Ex13a: 各种像差的显示 21 ZZ5yu* &   Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 @~ L.m}GF   Ex14: 光束拟合 23 jw[`\h}8   Ex15: 拦光 24 ) b8*>k   Ex16: 光阑与拦光 24 c`QsKwa   Ex17: 拉曼增益器 25 gjV&X N   Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 KK?~i[aL   Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26 z wW9>Y   Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28 IuF-bxA   Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29 c[$oR,2b13   Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 K~>kruO";   Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30 enj2xye%Y   Ex24: 大气像差与自适应光学 31 d6VKUAk'7>   Ex24a: 大气像差 32 [PT_y3'%   Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 ![V- e   Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 ~Zm(p*\T   Ex25: 地对空激光通讯系统 32 :O%O``xT   Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 @\R)k(F   Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 5UbVg   Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 qC&<U   Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 2srz) xEe   Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35 >Z%^|S9   Ex28: 相位阵列 35 Su7?-vY   Ex28a: 相位阵列 35 L%"Mp(gZ   Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35 AVjtK   Ex29: 带有风切变的大气像差 35 OjI*HC   Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 ))N^)HR   Ex31: 热晕效应 36 r%m2$vx#   Ex31a: 无热晕效应传输 37 ;ORy&H aKl   Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37 Fk43sqU6~   Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37 rSk $]E]Z   Ex32: 相位共轭镜 37 0)NHjKP   Ex33: 稳定腔 38 /%7eo?@,   Ex33a: 半共焦腔 38 MqqS3    Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，理想透镜 39 pLU>vQA   Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39 =bzTfki   Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 BhjXNf9[   Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40 O\w%E@9Fh   Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40 `@&qf}`   Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 [I 9d   Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 %YXC-E3@O   Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 C*9m `xh   Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 [Dhc9   Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 U uysG\   Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 jd{J3s '%   Ex33l: 谐振腔耦合 43 MouYZI)   Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 zM!*r~*k$   Ex34: 单向稳定腔 45 '54@-}D   Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 Oq("E(z+f   Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51 ~$$V=$&   Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53 ICi- iX   Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54 x>@UqUJV   Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 j405G4BVW   Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 Q pX@;j   Ex36: 有限差分传播函数 57 DM&"oa50   Ex36a: FDP与软孔径 58 .UcS4JU    Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 L,<.rr$:   Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 .^uu*S_   Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 BhKxI   Ex37b: 偏振，表面极化效应 60 %>.v[d1c   Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 dM') <lF   Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61 )mEF_ &   Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61 "hvw2lyp3   Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 s{/n O)   Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 Nl+2m4   Ex38: 剪切干涉仪 0KZ 3h|4lP   n'gfB]H[   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 1/n3qJyx2}   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 Rz)#VVYC=   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 A1C@'9R*   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 Z(Vrmz 2.   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 /[q@=X&   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 CUG6|qu   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 j% nd   Ex48: 倍频 70Ex49: 单模的倍频 71 pUmB h   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 *M*k-Z':.*   Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 k@2gw]y"   Ex52: 锥像差 72Ex53: 厄米高斯函数 74 IE6/ E   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 @MM|.# ~T   Ex54: 拉盖尔函数 75Ex55: 远场中的散斑效应 75 exhF5,AW|K   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 Xy{b(b;9   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 84{<] y   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 JB-j@   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 ;f><;X~KX   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 O[]+v   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 kA~Ol   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 YGHWO#!Gp   Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80 y`BLIEI   Ex59c:  2f透镜，焦平面扫描 80Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 iTX.?*   Ex60a: 对散焦的简单优化 80Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81 x6,RW],FGR   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 HwcGbbX)   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 cO8;2u,Gvi   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 pM=vW{"I/   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 52"/Zr}j   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}9@kjW   Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 %*uqtw8   Ex67a: 六边形透镜阵列 88Ex67b: 矩形透镜阵列 88 d/^^8XUK   Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88Ex67d: 矩形柱透镜 88 D(&OyZ~Q+   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 i2*nYd`K   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 ;)kBJ @   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 `A'*x]l   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 @|^Ch+%@   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 OT[t EqQ   Ex69c: 速率方程与单步骤 92Ex69d: 半导体增益 92 &a0%7ea`.S   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 ''6"Xi|5   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 0I k@d'7   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 j]P|iL   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 o ).pF">jh   Ex71: 纹影系统 94Ex72: 测试ABCD等价系统 94 P8EGd}2{8   Ex73: 动态存储测试 95Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 csV1ki/A   Ex75: 锥面镜 95Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95 Z LV~It&)   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 ge`J>2   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 %9Ue`8   。。。。。。。。 UX0tI0.tg   Y~CS2%j   新书《精通LASCAD 3.6》推出[attachment=117432] ZDb`]c4(   ,s2.l/5r;C   目  录 4$J/e?i   #K[ @$BY:   第一章 LASCAD简介 1 OJK/>   1.1 创始人简介 1 nO/5X>A,Zw   1.2 主要功能 1 4>|5B:   1.3 主要客户 1 A#i-C+"}   第二章 LASCAD的安装、启动以及系统要求 4  2O   2.1 LASCAD的安装 4 oM VJ+#[x   2.2 LASCAD的启动 4 J@5 OZFMZ   2.3 LASCAD对于系统的配置要求 5 ]uZH  0   第三章 计算方法 6 25TEbp[dy   3.1 复高斯模式算法 6 LY>JE6zTt   3.2 有限元分析法（FEA） 6 {Xp.}c   3.3 基于光束传输程序的物理光学代码（BPM） 6 WX[ycm8   第四章 LASCAD的各窗口 8 %`TLs^   4.1 参数区窗口（Parameter Field） 8 ;~K($_#H   4.1.1 X平面参数（x-Plane Parameter） 8 =f["M=)ZJ   4.1.2 Y平面参数（y-Plane Parameter） 9 _&M>f?l   4.1.3 光栏（Apertures） 9 :K~7BJ(HO   4.1.4 常规参数（General） 10 ^J G}|v3$   4.1.5 光斑尺寸 10 Grqs*V &|g   4.1.6 参数区（Parameter Field）窗口版面 11 Xnh1pwDhe<   4.2 高斯模式图窗口 11 A1_x^s   4.2.1 移动、插入和清理元件 13 e`oc#Od&x]   4.3 主窗口（LASCAD） 14 p<jr&zVEc>   4.3.1 下拉菜单 14 Mc8^{br61   4.3.1.1 文件（File） 14 ob;oxJ@[c   4.3.1.2 打印（Print） 14 yx-"YV}5   4.3.1.3 打印到文件（Print to File） 15 V1 fPH;   4.3.1.4 复制到剪切板（Copy to Clipboard） 15 V O X>Sl   4.3.1.5 视图（View） 15 ieI-_]|[   4.3.1.6有限元分析（FEA） 16 fP|\1Y?CS   4.3.1.7 CW激光功率（CW Laser Power） 16 &-zI7@!   4.4 新项目窗口（New Project） 17 r:IU+3   4.4.1 驻波谐振腔选项：（Standing Wave Resonator） 17 s,RS}ek~|   4.4.2 环形谐振腔选项：（Ring Resonator） 17 h(L5MZs   4.4.3 光外部束选项：（Option: External Beam） 18 6i 4j(P   第五章 FEA分析简介 19 PEWzqZ|!;   5.1  FEA分析基本原理 19 fwEi//1   5.2 晶体、泵浦光束和材料参数窗口（Crystal, Pump Beam, and Material Parameters） 19 )\(pDn$W   5.2.1 模型（Models） 19 ox6rR   5.2.2 泵浦光（Pump Light） 20 (nzt}i0   5.2.3 边界条件（Boundaries） 28 *}J_STM   5.2.4 材料参数（Material parameters） 28 ;1% a:#5   5.2.5 掺杂浓度和材料参数（Doping & Materials） 30 ZKvh]   5.2.6 有限元分析选项 （FEA Options） 30 SS` C0&I@p   5.3 泵浦光分布窗口（Pump Profile） 32 7Tbkti;   5.4 二维数据模型和抛物线拟合窗口（2D Date Profile and Parabolic Fit) 32 |2# Ro*   5.5 三维视图窗口（3D Visualizer） 35 V*aTDU%-.   第六章 基于ABCD矩阵的稳定性分析 37 m";gD[m   6.1 稳定性图表和稳定性判据窗口（Stability Diagram and Stability Criterions） 37 sF$m?/Kt   6.2 在拖动条处的光束参量窗口（Beam Parameters at Drag Bar Position） 38 0#JBz\   6.3 外部光束的入射条件窗口（Starting Conditions of External Beam） 39 b$`O|S   6.4 高斯模式分布窗口（Gaussian Mode Profile） 40 `FwAlYJK   6.5 波前弯曲窗口（Window：Curvature of Phase Front） 41 DXt^Ym5Cv   第七章 激光器输出功率分析 42 { SfU!   7.1 激光输出功率窗口（Laser Power Output） 42  b\2"1m0H   7.2 准三能级激光器的参数窗口（Parameters for Quasi-3-Level Lasers） 46 [OcD#~drO   第八章 动态多模分析（Dynamic Multimode Analysis (DMA)） 48 epF>z    8.1 简介 48 X&IY(CX   8.2 多模速率方程 48 S&*pR3,u   8.3 光栏和变反射率的反射镜 50 cF2/}m]   8.4 激光输出功率 51 `9-Zg??8r   8.5 光束质量（Beam Quality） 52 *C BCQp[$   8.6  Q开关分析（Q-Switch Analysis） 53 +[ zo2lBx   8.6.1 脉冲形状 54 =m:W   8.7 动态多模分析代码的图像用户界面（The GUI of the DMA Code） 55 s__g*%@B b   8.7.1 高斯模式选项（Tab "Gaussian Modes"） 55 O^#u% /   8.7.2 速率方程选项（Tab "Rate Equations"） 56 @jHio\/_   8.7.3 连续操作（Tab “CW Operation”） 57 wLbngO=VG   8.7.4 Q开关选项（Tab "Q-switch"） 57 oB9m\o7$   8.7.5 光栏选项（Tab "Apertures"） 58 7 SZR#L   8.7.6 目录和文件管理 60 e?>suIB   第九章 光束传输程序（Beam Propagation Method (BPM)） 62 ^=G+]$8   9.1 光束传输程序窗口（Beam Propagation Method） 62 jq)|Uq'6   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 F!{SeH:   9.3 腔迭代时的光束质量窗口（Beam Quality versus Cavity Iteration） 65 [78 .%b'   9.4 右端反射镜上的强度和相位窗口（Intensity and Phase at Right End Mirror） 65 #pfosC[   9.5本征频率光谱窗口（Spectrum of Eigenfrequencies） 66 4lCm(#T{,   9.6 本征模窗口（Eigenmodes） 66 .Q@"];wH   9.7 光束传输程序（BPM）代码窗口 66 vvxj{fxb)   第十章 综合案例 68 ;^]A @WN6_   10.1含端面泵浦棒的激光谐振腔模拟 68 P vwIO_W   10.2 含侧面泵浦棒的激光谐振腔模拟 92 _3a 5/IZ   10.3 Yb:YAG薄片激光器模拟 119 $nn5;11@gY   10.4 Yb:YAG薄片激光器动态多模分析和调Q运转模拟 133 qgNK!(kWpr   附录A 吸收系数的计算 146 U5"OhI   附录B 演示（demo）版的限制 149 s`RJl V   附录C 不同版本数LASCAD的新功能 150 ]6 wi   Ziimz}WHF

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