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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 y1#QP3'Z1 rd^j< 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。 )2J#pz?. caZEZk#r; 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。 G{0f*
cH) 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。 Ni#y=cb +f,I$&d.V GLAD的应用领域包括:(1)包含传统光学元件,如各种透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析;(2)光束质量的分析和评价;(3)二元衍射光学元件的分析;(4)各种波导的分析;(5)激光系统的分析:无源腔性能分析,含各类增益介质的有源腔分析;(6)多种非线性过程的模拟。 LG'1^W{a /UtSZ( 为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能,熟悉GLAD的使用,本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读,希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。
5"w% 不当之处,敬请指正! Ox6^=D" y2Vc[o(NP 5D>cbzP@ 目录 0$|wj^?U 前言 2 c3Zwp% 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 M] W5%3do 2、带有反射壁的空心波导 7 xI8v'[3 3、二元光学元件建模 14 d4o_/[ 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 sNJ?Z"5k1h 5、大气像差与自适应光学 26 JB HnJm 6、热晕效应 29 [yVcH3GcjI 7、部分相干光模拟 34 .&/A!3pW 8、谐振腔的优化设计 43 u HXb=U 9、共焦非稳腔模拟仿真 47 Co`:D 10、非稳环形腔模拟 53 H}lbF0` 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 ;h#CT#R2 12、体全息模拟 63 uR82},r$m 13、利用全息图实现加密和解密 68 (ewcj\l4* 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 Dm`gzGl 15、拉曼放大器 80 ?{>5IjL)en 16、瞬态拉曼效应 90 Q]-r'pYr 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 N}q*(r!q< 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 hYh~[Kr^@^ 19、光学参量振荡器 109 ]v.Yt/&C{ 20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 sJ|IW0Mr 21、ZIG-ZAG放大器 122 2hTH 22、多程放大器 133 L'a>D 23、调Q激光器 153 cQh=Mri] 24、光纤耦合系统仿真 161 T7Yg^ -" 25、相干增益模型 169 ,@t#)HV 26、谐振腔往返传输内的采样 181 }j,G)\g# 27、光纤激光器 191 ,tuZ_"?M 'Y5=A!*@tf GLAD案例索引手册 RueL~$*6.~ #K/#-S 目录 YHr<`Q</ *JVJKqed 目 录 i Xj21:IMR
U66oe3W
GLAD案例索引手册实物照片 92L{be;SY GLAD软件简介 1 XPcx"zv\ Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 m`8tHHF Ex1a: 基本输入 2 R= *vPS Ex1b: RTF命令文件 3 ^Xslj Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 |*zvaI(} Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 sB`zk[R; Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 1iE*-K%Q Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 ,y/N^^\ Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 ~ph>?xuw Ex3: 单位选择 7 eh$T
3_#q Ex4: 变量、表达式和数值面 7 ZAMS;e+e Ex5: 简单透镜与平面镜 7 ;,:w%. Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 P3V}cGZ Ex7: mirror/global命令 8 L@6T~ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 c (0Ez@ Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 wGnFDkCNz Ex8b: 离轴单抛物面 12 "_e/O&-cH Ex8c: 椭圆反射镜 12 5K?%Eo72!= Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 !,>9?(
Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 1(WNrVm; Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 ;]SP~kG Ex10: 宏、变量和udata命令 17 Q
GDfX_
Ex11: 共焦非稳腔 17 ZNG{:5u, Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 Fv9n>%W& Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 b
`.h+=3 Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 KR/SMwy Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 CEp @-R Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 $9O%,U@ Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 +W9#^ Ex13: 相位像差 20 D$y-Kh Ex13a: 各种像差的显示 21 { Sn
J Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 VcR(9~ Ex14: 光束拟合 23 w97B)Kn6 Ex15: 拦光 24 Po82nKAh Ex16: 光阑与拦光 24 n+uDg Ex17: 拉曼增益器 25 4';(\42 Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 o9uir"= Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26 j#E&u*IR Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28 `=cOTn52 Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29 ;]Bkw6o Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 :u>9H{a Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30 En/EQ\T@F Ex24: 大气像差与自适应光学 31 *^P$^lm?S Ex24a: 大气像差 32 Q@/358.LA Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 5A=FEg Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 Qape DU; Ex25: 地对空激光通讯系统 32 S?Z"){ Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 )s4a<Sc] Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 VCUEzR0 Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 C|Vz
`FY Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 j-j,0!T~b Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35 |v%xOl Ex28: 相位阵列 35 )$e_CJ}9e Ex28a: 相位阵列 35 Ykd< }KE> Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35 *(sFr E Ex29: 带有风切变的大气像差 35 "FT(U{^7d Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 b^]@8I[M Ex31: 热晕效应 36 j:6VWdgq Ex31a: 无热晕效应传输 37 r*t\\2 Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37 !q_fcd^c Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37 1#<KZN =$ Ex32: 相位共轭镜 37 oaJnLd90W Ex33: 稳定腔 38 c/G]r|k Ex33a: 半共焦腔 38 }hv" ku6! Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,理想透镜 39 e[a?5,s2 Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39 dLnMd0 Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 5?n@.hcL Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40 2{E"#}/ Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40 IDpW5Dc Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 52JtEt7E Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 m@){@i2. Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
<c&6M Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 CsND:m Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 +kK6G#c Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 vCh/%7+ Ex33l: 谐振腔耦合 43 u9}k^W)E Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 Hs~u&c Ex34: 单向稳定腔 45 #n8jn# Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 _ X*
A
Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51 =icynW^Fr Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53 zU)Ib<$ Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54 Ce0YO~I Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 otgU6S7F Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 (NBq!;_2,x Ex36: 有限差分传播函数 57 .s!qf!{V` Ex36a: FDP与软孔径 58 } QqmDK. Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 ?A4t
&4 Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 E5J2=xVW# Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 s;;"^5B. Ex37b: 偏振,表面极化效应 60 h^}r$k_n Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 (yx9ox@rL Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61 V@"Y"}4n4 Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61 cKKl\g@} Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 ?$#,h30 Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 QP{V Ex38: 剪切干涉仪 9
Z D4Gv 62 /=bg(?nX Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 /.u0rxoRP} Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64 @m=xCg.Z Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 0cwb^ffN Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 #&cNR_"w Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 /T_ G9zc Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
/M1 / Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66 '!%Zf;Fjr Ex46: 光束整形滤波器 68 x(Us
O} Ex47: 增益片的建模 68 }RvP*i Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 C&QT-| Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70 8JU9Qb]L'I Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70 [;F%6MPK^ Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 =V@5W[bV Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70 -$[o:dLO Ex48: 倍频 70 !A\Qwg> Ex49: 单模的倍频 71 [Ie;Jd>gG Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 BSGC.>$s Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 JAK+v Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 tX$v)O| Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 !Cpy
)D( Ex52: 锥像差 72 ~P47:IZf Ex53: 厄米高斯函数 74 {Di()]/ Ex53a: 厄米高斯多项式 75 v?U;o&L(
Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 &z@~n Ex54: 拉盖尔函数 75
6tPgFa#N Ex55: 远场中的散斑效应 75 #xMl< Ex56: F-P腔与相干光注入 75 SGd[cA
K o Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 7( &\)qf=n 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 9"=1 O 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 6 Ch
[!=p{ Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 :q.g#:1s Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76 Wy[Ua#Dd Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 (W~')A"hC' Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 LB1AjNJ Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 $fhb-c3 Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79 !5hNG('f Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79 <QUjhWxDb Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79 f8T6(cA Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79 |bwz Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 SpM|b5c5 Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80 H} R/_5g Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80 ^Lx(if
WJ Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80 sUc_) Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 k_E
Jg;( Ex60a: 对散焦的简单优化 80 {xFgPtCM Ex60b: 优化的数值验证,数值目标 81 g9A8b(>F&@ Ex60c: 优化的数值验证,阵列目标 81 P;V$%r`yD Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,数值验证 81 Pp*:rA"N Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,内置函数 81 zPonG
d1 Ex61: 对加速模型评估的优化 82 g H+s)6 Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82 JH4hy9i Ex62a: 平面波光栅,小的遮光片的影响 85 % Rv;e Ex62b: 平面波光栅,第二个光栅的影响 85 b"lzR[X,e Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85 VO (KQx Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85 )(?,1>k`Z Ex65: 非相干成像与光学传递函数(OTF) 85 V__|NVoOm Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86 qHZ!~Kq,"' Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 CNo'qlvF5N Ex67a: 六边形透镜阵列 88 (;9-8Y&_ | |