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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 (.:e,l{U% Q,g\ 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。 ="+#W6bZT Txu/{M, 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。 2/?|&[ 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。 P.cyO3l KlEpzJ98 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。 Jy)/%p~ sJZiI}Xc 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。 6nn*]|7 不当之处,敬请指正! YK_7ip.a[ =_CzH(=f# 00(\ZUj 目录 w;M#c
Y 前言 2 cAw/I@jG 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 e\rp)[>' 2、带有反射壁的空心波导 7 2?C)& 3、二元光学元件建模 14 ]Wup/o 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 F ,kZU$ 5、大气像差与自适应光学 26 U{mYTN*:j$ 6、热晕效应 29 NEs:},)o 7、部分相干光模拟 34 Eci\a] 8、谐振腔的优化设计 43 5P bW[ 9、共焦非稳腔模拟仿真 47 [),ige 10、非稳环形腔模拟 53 h[ ZN+M 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 4euO1= 12、体全息模拟 63 gGYKEq{j( 13、利用全息图实现加密和解密 68 JF]JOI6.e 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 (Ld i|jL 15、拉曼放大器 80 )X7A 16、瞬态拉曼效应 90 gYj'(jB 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 rv;3~'V 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 y =@N|f! 19、光学参量振荡器 109 l (o~-i\M 20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 U$g?!Yl0 21、ZIG-ZAG放大器 122 /Oono6j 22、多程放大器 133 z:O8Ls^\T 23、调Q激光器 153 4-w{BZuS 24、光纤耦合系统仿真 161 !-bB559Nv 25、相干增益模型 169 okXl8&mi 26、谐振腔往返传输内的采样 181 ]:;&1h3'7 27、光纤激光器 191 xw%0>K[ kfNWI#'9
GLAD案例索引手册 2oW"'43X d9ihhqq3} 目录 M5B# TAybC ]n~V!hl?A 目 录 i }]TxlSp!;
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GLAD案例索引手册实物照片 =Qq+4F)MD GLAD软件简介 1 rQX zR Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 U*:!W=XN Ex1a: 基本输入 2 :&Nbw Ex1b: RTF命令文件 3 9uY'E'm* Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 58K5ZZG Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 DI vHvFss Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 a.'*G6~Qgw Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 QJNFA}*> Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 =41xkAMnk Ex3: 单位选择 7 3T
9j@N77 Ex4: 变量、表达式和数值面 7 ;<5q]/IHK Ex5: 简单透镜与平面镜 7 q4q6c")zp Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 SuznN
L=/$ Ex7: mirror/global命令 8 0YzpZW"+ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 Vi}_{
Cy Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 0V]s:S Ex8b: 离轴单抛物面 12 "b[5]Y{
U Ex8c: 椭圆反射镜 12 zT/\Cj68 Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 wBzC5T%, Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 l0]
EX>"E Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 D$N/FJ8|G Ex10: 宏、变量和udata命令 17 'yth'[ Ex11: 共焦非稳腔 17 Q?T]MUY(L Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 |%wX*zaf Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 51u0]Qx;fm Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 >7r!~+B"9' Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 ~
1 pr~ Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 yVc(`,tZ( Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 t5zKW _J7 Ex13: 相位像差 20 +V+a4lU14 Ex13a: 各种像差的显示 21 d3Rw!slIq Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 Fi1@MG5$2 Ex14: 光束拟合 23
5IN(|B0 Ex15: 拦光 24 -8Xf0_ Ex16: 光阑与拦光 24 -N@|QK> Ex17: 拉曼增益器 25 *H122njH+T Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 h~26WLf. Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26 /bEAK- Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28 fh{`Mz,o Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29 C?Ucu]cW Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 J;%Xfx] Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30 G`zm@QL Ex24: 大气像差与自适应光学 31 G
j1_!.T Ex24a: 大气像差 32 z=FZiH Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 {)"vN(mX Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 fV:83|eQ Ex25: 地对空激光通讯系统 32 b\ PgVBf9 Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 )i<j XZ:O Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 m4& /s Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 2Hdu:"j Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 b2]Kx&! 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 Mlq.?-QgIL Ex28: 相位阵列 35 e%6QTg5# Ex28a: 相位阵列 35 BD-AI Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35 W`&hp6Jq Ex29: 带有风切变的大气像差 35 TKjFp% Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 BC]?0 U Ex31: 热晕效应 36 m3ff;, Ex31a: 无热晕效应传输 37 <1pEwI~ Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37 KF/-wZ"1s Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37 ]HdCt 3X Ex32: 相位共轭镜 37 KU;9}!# Ex33: 稳定腔 38 +>9Q/E Ex33a: 半共焦腔 38 rH>)oThA# Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,理想透镜 39 [r-p]"R Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39 p#[.{ Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 *j-aXN/ $ Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40 +*^H#|! Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40 tjnIN?YT Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 2-b6gc7 Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 v
LZoa-w: Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 <,(,jU)j Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 .mAjfP* Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 _
J[ Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 BZxvJQ Ex33l: 谐振腔耦合 43 8Eq7Sa Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 s{" 2L{,$ Ex34: 单向稳定腔 45 go"Hf_ Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 rbpSg7}Q Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51 C-[1iW' Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53 iX\X>W$P Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54 g ci Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 L6LZC2N+2 Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 \L\b $4$d Ex36: 有限差分传播函数 57 G9:l'\ Ex36a: FDP与软孔径 58 $kKjgQS( Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 R$Q.sE Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 MS]r:X6 Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 BUR*n;V` Ex37b: 偏振,表面极化效应 60 A9JdU& Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 9K&:V(gmw Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61 _y3Xb`0a Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61 {GO#.P" Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 ;\l,5EG Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 e$pV%5= Ex38: 剪切干涉仪 X$pJ
:M{F$ 62 nLiY%x`S Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 W];dD$Oqg Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64 V!dtF,tH Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 |W\(kb+ Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 u4_9)P`]0 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 d M-%{ Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 #=v~8 Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66 JLJ;TM'4= Ex46: 光束整形滤波器 68 9I/N4sou Ex47: 增益片的建模 68 T n}s*<=V Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 j w9b) Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70 lPJ\-/>$z Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70 9k~8 Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 5 BJmA2L Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70 i@BtM9: Ex48: 倍频 70 p6WX9\qS( Ex49: 单模的倍频 71 e*n@j Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 Qdp)cT Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 h65-s Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 f4Rf?w* Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 nJLFfXWx Ex52: 锥像差 72 _{Hj^}+$ Ex53: 厄米高斯函数 74 Fr$5RAyg Ex53a: 厄米高斯多项式 75 _Y[bMuUb= Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 RAK-UN Ex54: 拉盖尔函数 75 jb;hcraR Ex55: 远场中的散斑效应 75 TNr :pE< Ex56: F-P腔与相干光注入 75 $lut[o74 Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 c7E11 \%&Z Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面,峰值出现在140° 76 .-X8J t Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76 w8D"CwS1Rx Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 a -moI+y Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76 !#"zTj Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 T${Q.zHY[! Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 hDq`Z$_+KX Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 H]jhAf<h Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79 E=w1=,/y Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79 ^w06<m Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79 O5t[ Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79 t@Nyr&|D Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 2Q"K8=s Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80 l?^4!&Nm Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80 8Dm%@*B^b Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80 ;{o|9x| Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 '!a'ZjYyi Ex60a: 对散焦的简单优化 80 s&!a Ex60b: 优化的数值验证,数值目标 81 9pxc~= Ex60c: 优化的数值验证,阵列目标 81 mS~kJy_- Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,数值验证 81 mju>>\9 Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,内置函数 81 w(TJ*::T Ex61: 对加速模型评估的优化 82 H1(Uw:V8 Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82 QS]1daMIK< Ex62a: 平面波光栅,小的遮光片的影响 85 nL.<[]r Ex62b: 平面波光栅,第二个光栅的影响 85 !o[7wKrXb Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85 H&}pkrH~ Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85 A7hVHxNJ- Ex65: 非相干成像与光学传递函数(OTF) 85 p`#R<K Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86 yN
s,Ll~ Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 :'&brp3ii= Ex67a: 六边形透镜阵列 88 _aMPa+D=P Ex67b: 矩形透镜阵列 88 H_<C!OgR Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88 {LQ#y/H? Ex67d: 矩形柱透镜 88 v+=BCyT Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88 Y.ToIka{ Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 'D"C4;X Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88 RTJ3qhY Ex67h: N×N的激光二极管阵列,高斯型包络面 88 c>~*/%+ Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88 3%;a)c;D Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为1μ 89 8d-t|HkN Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为100μ 89 >q1L2',pK Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 U\<?z Dw Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89 &7wd?)s Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
4J([6< Ex69c: 速率方程与单步骤 92 c+nq] xOs' Ex69d: 半导体增益 92 t=O8f5Pf{ Ex69e: 三能级系统的增益,单一上能级态 93 8rS:5:Hi Ex69f: 速率方程的数值举例 93 (<oyN7NT Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93 Q=20IQp Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93 @qlK6tE` Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93 e?=^;v%r Ex69j: 稳态速率方程的解 93 Jh[UtYb5 Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93 !*. -`$x Ex70: Udata命令的显示 93 6Yxh9*N~] Ex71: 纹影系统 94 f|lU6EkU Ex72: 测试ABCD等价系统 94 !|S43i&p Ex73: 动态存储测试 95 j578)!aJ Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 >!1. Ex75: 锥面镜 95 ~-J]W-n Ex75a: 无焦锥面镜,左出左回 95 `LE6jp3, Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移,左出左回 97 C"T;Qp~B Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97 ><$d$( Ex75d: 无焦锥面镜,位置偏移较大 98 u'W8;G*~ Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔 xZwLlY 。。。。后续还有目录 ouFYvtF g 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系 g:dH~> thM4vq [attachment=125392]
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