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2024-01-22 14:38 |
激光与物理光学-《GLAD典型案例手册》
前言 P~`gWGC} s9+Rq*Qd 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。 uMKO^D =+;l>mn?O 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。 ?XN=Er^ 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{:^P0l 8Yc'4v#} 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。 y:u7*%" >uT,Z,7O 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。 WyciIO1 不当之处,敬请指正! W6J%x[>Z wd*8w$\ w#mna b@ 目录 kqy d3Si> 前言 2 s)C5u;3! 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 dJxdrs 2、带有反射壁的空心波导 7 Tq{+9+ 3、二元光学元件建模 14 |`vwykhezO 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 '0q.zzv|_ 5、大气像差与自适应光学 26 NU[{ANbl 6、热晕效应 29 V&)Jvx}^ 7、部分相干光模拟 34 4'u +%6+__ 8、谐振腔的优化设计 43 xe?!UCUb@ 9、共焦非稳腔模拟仿真 47 BV)oF2b: 10、非稳环形腔模拟 53 =2v/f_ 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 j"=F\S&! 12、体全息模拟 63 &JMp)zaI[ 13、利用全息图实现加密和解密 68 z5.Uv/n\1 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 BwOIdz%]OY 15、拉曼放大器 80 3{c6)vR2 16、瞬态拉曼效应 90 r{\c.\ 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 r+v?~m! 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 R|&jvG=| 19、光学参量振荡器 109 wO<.wPa` 20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 xs#g 21、ZIG-ZAG放大器 122 -YvnX0j+ 22、多程放大器 133 PgOOFRwP 23、调Q激光器 153 u7||]|2 24、光纤耦合系统仿真 161 ,GOH8h 25、相干增益模型 169 _EPfeh; 26、谐振腔往返传输内的采样 181 NJ]AxFG 27、光纤激光器 191 {:=sCY! ri.}G GLAD案例索引手册 )+GwYt ,bTpD! 目录 _43'W{% P^'TI[\L9 目 录 i Xz,fjKUnN
s#Ayl]8r
GLAD案例索引手册实物照片 w?#s)z4}g GLAD软件简介 1 wWkMvs Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 a
gkw)# Ex1a: 基本输入 2 '
%
d- Ex1b: RTF命令文件 3 t;HM Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 [D%(Y
~2 Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 E P3Vz8^ Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 [L m Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 [&(~{#}M: Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 ]`eP"U{ Ex3: 单位选择 7 52,[dP,g Ex4: 变量、表达式和数值面 7 iW%~>`tT Ex5: 简单透镜与平面镜 7 HPryq )z Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 C))x#P36 Ex7: mirror/global命令 8 T
W#s)iDi Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 =;Q:z^S Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 =\`iC6xP} Ex8b: 离轴单抛物面 12 rdH3! Ex8c: 椭圆反射镜 12 AZ.$g?3w Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 /hN;\Z[@ Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 [s{ B vn
Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 WQ+ xS!ba Ex10: 宏、变量和udata命令 17 c/DK31K Ex11: 共焦非稳腔 17 emSky-{$u Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 ;\g0*b( Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 C4aAPkcp2$ Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 zJ6""38Pr Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 vnN0o5 Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 }el7@Gv Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 S4U}u l Ex13: 相位像差 20 ?}e^-//*i Ex13a: 各种像差的显示 21 uG$*DeZti Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 ^c<8|lK L@ Ex14: 光束拟合 23 l*.u rG Ex15: 拦光 24 h+R26lI1x Ex16: 光阑与拦光 24 d&* c3F Ex17: 拉曼增益器 25 72CHyl`|l Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 iE?yvtr8 Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26 [ $5u:* Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28 O9P+S|hcY Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29 Z;<:=# Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 GT7&>}FJ) Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30 {/j gB"9 Ex24: 大气像差与自适应光学 31 |}? H$d Ex24a: 大气像差 32 %M3L<2 Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 &,P; 7 R Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 .07"I7 Ex25: 地对空激光通讯系统 32 _N {4Rs0 Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 [D+,I1u2h Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 Ld
0*)rI# Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 ypgM&"eR Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 u`ryCZo#g 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 +%f6{&q$ Ex28: 相位阵列 35 "} "/d( Ex28a: 相位阵列 35 jOU99X\0 Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35 riL|B3 Ex29: 带有风切变的大气像差 35 2!6E~<~HC Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 9Fy'L#% Ex31: 热晕效应 36 $ q*a}d[Q Ex31a: 无热晕效应传输 37 #*q]^Is" Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37 Y7zs)W8xTT Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37 LZb<-vK"y Ex32: 相位共轭镜 37 ^mg:<_p Ex33: 稳定腔 38 HC=ZcK'W Ex33a: 半共焦腔 38 0
*;i]owV Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,理想透镜 39 p+8o'dl8= Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39 r .'xqzF/ Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 otdRz<C Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40 }SC&6B?G Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40 YKz#, Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 Ab]tLz|Z Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 a4.w2GR Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 HUMy\u84H Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 Qd~z<U l Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 P z~jW):E Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 }K={HW1> Ex33l: 谐振腔耦合 43 7H09\g& Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 < =~=IZ) Ex34: 单向稳定腔 45 c9G%;U) Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 {_-T! yb Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51 z{|0W!nHJ Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53 Z.&/,UU:4 Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54 W+GC3W Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 ,p3]`MG Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 4#}aLP Ex36: 有限差分传播函数 57 sfip AM Ex36a: FDP与软孔径 58 %.hJDX\j Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 ;:_AOb31N Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 1)^\R(l Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 PJ;WNo8 Ex37b: 偏振,表面极化效应 60 bZ1*:k2 Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 `kJ)E;v;3 Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61 :'B(DzUR Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61 6lCpf1>6@ Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 _?:jZ1wZ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 _}Qtx/Cg Ex38: 剪切干涉仪 {ZrlbDQX 62 {f\wIZ-K A Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 #2s}s<Sc; Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64 .Sn{a}XP4 Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 ^utOVi Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 _]33Ht9 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 xhbN=L Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 nhdZC@~E0 Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66 ~h_
_Y> Ex46: 光束整形滤波器 68 faDS!E' + Ex47: 增益片的建模 68 \?]U*)B.r Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 "d:rPJT)(@ Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70 41Z@_J|& Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70 =]]1x_GB Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 4VZI]3K, Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70 r@}`Sw]@ Ex48: 倍频 70 iAZ8Y/ Ex49: 单模的倍频 71
t1YB Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 >#$SaG! Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 m=sEB8P Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 OA*O = Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 W]#w4Fp! Ex52: 锥像差 72 W,NqevXo: Ex53: 厄米高斯函数 74 e)wi}\:q_ Ex53a: 厄米高斯多项式 75 /M%>M] Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 (ne[a2%> Ex54: 拉盖尔函数 75 w.w{L=p:<" Ex55: 远场中的散斑效应 75 L4Zt4Yuw Ex56: F-P腔与相干光注入 75 ,eBC]4)B6 Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 \KnRQtlI Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面,峰值出现在140° 76 B;eka[xU Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76 )`rD]0ua; Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 q@~g.AMCB Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76 4WvW11q8U Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 Q3tyK{JE Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 U@NCN2I Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 q4[8\Ua Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79 ]B,tCBt Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79 ,_u7@Ix Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79 Cu8mN B{H Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79 +#MXeUX" Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 gMI%!Y Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80 EjLq&QR. Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80 n#g_)\ Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80 R>O_2`c Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 V?j,$LixY Ex60a: 对散焦的简单优化 80 /IWAU)A0 Ex60b: 优化的数值验证,数值目标 81 fgd2jr3T Ex60c: 优化的数值验证,阵列目标 81 ]0."{^ksL Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,数值验证 81 FL'}~il Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,内置函数 81 6ieul@?*u* Ex61: 对加速模型评估的优化 82 6?F88;L Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82 aO(PVS|P Ex62a: 平面波光栅,小的遮光片的影响 85 E xhih^[_ Ex62b: 平面波光栅,第二个光栅的影响 85 RG{T\9]n Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85 `f; w Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85 ;[::&qf Ex65: 非相干成像与光学传递函数(OTF) 85 KAClV%jP Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86 4C =W~6~ Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 Uw("+[ 5O0 Ex67a: 六边形透镜阵列 88 LZn'+{\` Ex67b: 矩形透镜阵列 88 =@Oo3*> Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88 )k=KLQ\b Ex67d: 矩形柱透镜 88 btuG%D{a^ Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88 'IX1WS&\" Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 2&V>pE Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88 BuV71/Vb{Q Ex67h: N×N的激光二极管阵列,高斯型包络面 88 $Aw@xC^! Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88 <2U@O`
gC Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为1μ 89 7<xnE]jdq Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为100μ 89 %*gf_GeM Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 :cC$1zv@ Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89 !d N[9} Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92 G x[ZHpy; Ex69c: 速率方程与单步骤 92 W<)P@_+- Ex69d: 半导体增益 92 l1 Kv`v\ Ex69e: 三能级系统的增益,单一上能级态 93 v8ap"9b Ex69f: 速率方程的数值举例 93 1Z}5ykM3 Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93 _iJ~O1qx,w Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93 <IZt]P Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93 (zo7h Ex69j: 稳态速率方程的解 93 5*$yY-A Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93 xG/Q%A Ex70: Udata命令的显示 93 p/<DR| Ex71: 纹影系统 94 n4kq=Z% Ex72: 测试ABCD等价系统 94 M-^I! C Ex73: 动态存储测试 95 ]W5*R07 Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 P4[kW}R Ex75: 锥面镜 95 <c}@lj-j Ex75a: 无焦锥面镜,左出左回 95 V.*TOU{{xh Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移,左出左回 97 0VNLhM(LM Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97 dTg`z,^F Ex75d: 无焦锥面镜,位置偏移较大 98 [
\_o_W Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔 {U=J>#@G 。。。。后续还有目录 %l7[eZ{Y 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系 DC8#b`j 8zx]/> [attachment=125392]
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