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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 #G` , Z&jb,eh2 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。 x}'4^Cv h;qy5KS 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。 e8mbEC(AK 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。 ^85n9a?8 FJ8@b 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。 m\M+pjz FLI8r: 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。 %@n8
?l4 不当之处,敬请指正! ([b!$o<v |qcFmy ]^jdO# #M 目录 NjN?RB/5 前言 2 8`2<g0V2 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 e~.?:7t 2、带有反射壁的空心波导 7 Q4Fq=kTE 3、二元光学元件建模 14 1] Q2qs 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 Du:p!nO 5、大气像差与自适应光学 26 8KwCwv 6、热晕效应 29 "C.7;Rvkp> 7、部分相干光模拟 34 UXPegK! 8、谐振腔的优化设计 43 igBrmaY' 9、共焦非稳腔模拟仿真 47 ?7MwTi8{F 10、非稳环形腔模拟 53 ttFY
_F~S 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 RB7AI!'a? 12、体全息模拟 63 `k]!6osZo 13、利用全息图实现加密和解密 68 |W*@}D 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 |F@xwfgb 15、拉曼放大器 80 PuZs5J3 16、瞬态拉曼效应 90 ()M@3={R 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 |"YA<e
%
18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 ^M"z1B] 19、光学参量振荡器 109 6w"( y~c1 20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 +O$: 21、ZIG-ZAG放大器 122 wK'! xH^ 22、多程放大器 133 n<<=sj$\! 23、调Q激光器 153 T<+ht8&M8 24、光纤耦合系统仿真 161 \!JS7!+ 25、相干增益模型 169 %aH$Tb%`hc 26、谐振腔往返传输内的采样 181 g(1B W#$ 27、光纤激光器 191 yvd
`nV QhXC>)PW GLAD案例索引手册 ^@`e %7 v@n+Q 目录 6L,lq; 9Ue7
~"= 目 录 i Cb{A:\>Q{
}\f(qw
GLAD案例索引手册实物照片 =^Sw*[eiy GLAD软件简介 1 hB7pR"P Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 HS\3)Ooj> Ex1a: 基本输入 2 z_Wm
HB Ex1b: RTF命令文件 3 ;EJPrDHTk Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 _jTwiuMS- Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 FL`1yD^2 Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 Z.:<TrN Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 slge+xq\J Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 -jxWlO Ex3: 单位选择 7 Du^x=; Ex4: 变量、表达式和数值面 7 Wm)-zvNY; Ex5: 简单透镜与平面镜 7 p,w|=@= Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 hqs $yb
Ex7: mirror/global命令 8 6h2x~@ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 ,2,SG/BB Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 @P_C%}(< Ex8b: 离轴单抛物面 12 4`8IFK Ex8c: 椭圆反射镜 12 U=F-]lD Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 B;GxfYj Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 X'FEOF Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 Nmp>UE,7[ Ex10: 宏、变量和udata命令 17 p@/(.uE Ex11: 共焦非稳腔 17 0R@g( Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 *D?((_+ Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 4ZI!,lv* Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 \Pl,'
1% Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 )W8L91- Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 /M^V2= Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 ,!6M*| Ex13: 相位像差 20 z;dcAdz9 Ex13a: 各种像差的显示 21 ]{!!7Zz Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 As@ihB+(\ Ex14: 光束拟合 23 Hz}+SAZ Ex15: 拦光 24 1C_'H.q<= Ex16: 光阑与拦光 24 d"H<e}D Ex17: 拉曼增益器 25 {)B9Z
I{+A Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 H]_WFiW-9 Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26 A&<?
Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28 +/y{^}b/ Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29 ytjK++(T5 Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 v"u7~Dw#1 Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30 3 ppuQQ Ex24: 大气像差与自适应光学 31 :E>&s9Yj? Ex24a: 大气像差 32 ,IIZXl@ Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 w]};0v&\~s Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 Abj97S Ex25: 地对空激光通讯系统 32 2GSgG.%SSM Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 #P(l2 ( Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 },DyU Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 \F 3C=M@: Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 P*pbwV#| Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35 m@ i2# Ex28: 相位阵列 35 )xB$LJM8 Ex28a: 相位阵列 35 LZ~2=Y<
U( Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35 7p)N_cJD Ex29: 带有风切变的大气像差 35 `Kh]x9Z Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 sFLcOPj-% Ex31: 热晕效应 36 X[V?T>jsM Ex31a: 无热晕效应传输 37 f
hQy36i@ Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37 4,2(nYF Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37 n`% 2Mj c Ex32: 相位共轭镜 37 a3Y{lc#z} Ex33: 稳定腔 38 XVw-G
}5 Ex33a: 半共焦腔 38 ^8:VWJM Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,理想透镜 39 %=V" CJ$| Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39 :.#z Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 tXt:HVN Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40 u7HvdLql Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40 /D0RC Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 oEJaH Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 Bi e?M Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 *4t-e0]j@w Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 D!oZ?dGCo6 Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 )s7bJjT0=X Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 !"Qb}g Ex33l: 谐振腔耦合 43 .eo~?u<j& Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 t9.,/o, Ex34: 单向稳定腔 45 #+9rjq:v#] Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 %JQ~!3 Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51 wa!zv^;N* Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53 wX ,h<\7 Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54 -I ?z-?<D Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 Q!yb16J Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 tQrS3Hz'nA Ex36: 有限差分传播函数 57 Z==!C=SBv Ex36a: FDP与软孔径 58 Hle\ON Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 MM#i t=u Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 jyiFM5& Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 Z?17Pu'Dp Ex37b: 偏振,表面极化效应 60 4QE=f(u;h Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 il12T`a Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61 3cqQL!Gm Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61 ;o[rQ6+ Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 OUzR@$ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 bpW!iY/q3 Ex38: 剪切干涉仪 T"?Y5t`( 62 )CLf;@1 Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 O~ 27/ Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64 G}VDEC Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 oV9z(!X/ Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 >SoO4i8 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 ~^&R#4J Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 C/G]v*MBQ Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66 :&qhJtGo Ex46: 光束整形滤波器 68 CbOCk:,g5 Ex47: 增益片的建模 68 yHNuU)Ft Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 O$qtq(Q% Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70 ydQ!4 Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70 R,Fgl2 Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 EyY],W1 Y Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70 X4wH/q^ Ex48: 倍频 70 _ 5"+Dv Ex49: 单模的倍频 71 t<63 8`{kk Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 o@W_ai_ Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 ?^9BMQ+ Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 5qbq,#Pf Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 o5swH6Y.)J Ex52: 锥像差 72 8[zb{PRu Ex53: 厄米高斯函数 74 KVR~jF% Ex53a: 厄米高斯多项式 75 QXVC\@ Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 #f{lC0~vA Ex54: 拉盖尔函数 75 rkDi+D6`q Ex55: 远场中的散斑效应 75 |0sPka/u16 Ex56: F-P腔与相干光注入 75 +;Cr];b3 Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 2q PhLCeZ Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面,峰值出现在140° 76 E!J=8C.: Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76 M:|8]y@ Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 4w4^yQE Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76 `G!M>h@ Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 c8Z A5| Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 V.6)0fKZW Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 mR%FqaN_ Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79 E.`6oX\L| Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79 s5D: Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79 yZCX S Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79 V`#.7uUP Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 'T,c.Vj) Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80 dNiH|-$an Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80 RWKH%C[Yd Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80 PFrfd_s{>\ Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 O_;Dk W Ex60a: 对散焦的简单优化 80 4)kG-[# Ex60b: 优化的数值验证,数值目标 81 jlqv2V7=/ Ex60c: 优化的数值验证,阵列目标 81 bT)]'(Xy Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,数值验证 81 %m&@o~+ Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,内置函数 81 5~H#(d<oZ Ex61: 对加速模型评估的优化 82 65TfFcQ<S Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82 "6CMA0R Ex62a: 平面波光栅,小的遮光片的影响 85 +f|BiW Ex62b: 平面波光栅,第二个光栅的影响 85 G[,Q95`w?< Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
4!.(|h@ Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85 (JUZCP/ \ Ex65: 非相干成像与光学传递函数(OTF) 85 ZnW@YC#9 Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86 W!T"m)S Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 M.q=p[ Ex67a: 六边形透镜阵列 88 d0'HDVd Ex67b: 矩形透镜阵列 88 LP];x3 Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88 i-"
p)2d=# Ex67d: 矩形柱透镜 88 }ns-W3B' Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88 ;dR=tAf0$Q Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 j%IF2p2 Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88 T-_"|-k}P% Ex67h: N×N的激光二极管阵列,高斯型包络面 88 K`g7$r)U[ Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88 BlA[ T% Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为1μ 89 0Ua%DyJ Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为100μ 89 , %9df+5k Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 hk[
%a$Y Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89 vBcq_sbo Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92 yQNV@T<o Ex69c: 速率方程与单步骤 92 a^U~0i@[S Ex69d: 半导体增益 92 $za8"T*I Ex69e: 三能级系统的增益,单一上能级态 93 d5`3wd]]'v Ex69f: 速率方程的数值举例 93 V)(R]BK{ Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93 FRu]kZv2 Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93 g%[c<l9 Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93 t. ='/`!N Ex69j: 稳态速率方程的解 93 7!WA)@6 Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93 v59dh (:`Z Ex70: Udata命令的显示 93 ;r[@v347 Ex71: 纹影系统 94 BZ!v%4^9 Ex72: 测试ABCD等价系统 94 }7E^ZZ]f Ex73: 动态存储测试 95 gKYfQ+ Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 @a:>$t Ex75: 锥面镜 95 VHJM*&5 Ex75a: 无焦锥面镜,左出左回 95 2;a(8^n Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移,左出左回 97 a`[uNgDO Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97 %w7u]-tR Ex75d: 无焦锥面镜,位置偏移较大 98 KGH/^!u+R Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔 aE;le{|!({ 。。。。后续还有目录 nw>8GivO 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系 u_(VEfs4 I M-L'9 [attachment=125392]
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