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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 [m
x}n+~ z __#PQ,n 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。 9)b{U2& h_Er$ZT64 GLAD使用复振幅来描述光束,采用快速傅里叶变换结合分步傅里叶算法进行传输分析,几乎能对所有类型的激光系统进行分析,或对物理光学系统做完整的端-对-端的分析处理,还囊括各种激光增益模型、数种非线性过程和许多其它的激光及物理光学效应。 2gvS`+<TP GLAD的使用方法为调用内部各类“积木”进行建模、传输和分析。积木的类型包括:用于进行系统和光束初始化的命令;用于表征各类像差和相位屏的命令;用于表征各类传统光学元件的命令;用于表征各类非线性过程的命令;用于表征激光增益介质的命令;用于光束参数诊断的命令;用于计算结果输入、输出的命令等。只要将不同类型的积木有机“组装”起来就可以轻松实现任意光学系统的模拟。 Pqvj0zU o$ f4X}F|!h 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。 )5<dmK@ M-!#-l 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。 ]/R>nT 不当之处,敬请指正! 3WfZ zb+ $Ixd;`l* f|!@H>< 目录 (Zy=e?E, 前言 2 %z
@T / 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 !P6y_Frpe 2、带有反射壁的空心波导 7 7` XECIh 3、二元光学元件建模 14 el^<M,7! 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 F zBny[F 5、大气像差与自适应光学 26 ryd}-_LL 6、热晕效应 29 =Y3 d~~ 7、部分相干光模拟 34 noT}NX% 8、谐振腔的优化设计 43 DEv,!8 9、共焦非稳腔模拟仿真 47 b DF_ 10、非稳环形腔模拟 53 wp/x|AV 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 4x/u$Ixzh= 12、体全息模拟 63 PO2]x: 13、利用全息图实现加密和解密 68 6~k qU4lL 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 ."q8 YaW 15、拉曼放大器 80 NXE1v~9V 16、瞬态拉曼效应 90 O#U_mgfzJ 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 f
K4M:_u 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 okW'}@jD 19、光学参量振荡器 109 %ZlnGr 20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 ht5:kt`F 21、ZIG-ZAG放大器 122 }M\G 22、多程放大器 133 ;u%4K$ 23、调Q激光器 153 l?beqw: 24、光纤耦合系统仿真 161 +d6Jrd* 25、相干增益模型 169 .aIFm5N3? 26、谐振腔往返传输内的采样 181 yD ur9Qd6 27、光纤激光器 191 gE!`9 #.. )4/UzR$ GLAD案例索引手册 &-Z#+>=H( 7.v{ =UP 目录 D_cd
l^ @]{:juD~ 目 录 i (WS<6j[q
jM(!!AjpC
GLAD案例索引手册实物照片 h1?.x GLAD软件简介 1 '8Lc}-M4 Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 pvd9wKz Ex1a: 基本输入 2 q/YO5>s15 Ex1b: RTF命令文件 3 nHF Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 gq?~*4H Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 e-o$bf% Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 'P)[=+O?t Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 +Sdki:: Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 *FoPs Ex3: 单位选择 7 a<V* ) Ex4: 变量、表达式和数值面 7 $S!WW|9j. Ex5: 简单透镜与平面镜 7 `_+m3vHG Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 ?B,B<@='% Ex7: mirror/global命令 8 >z a= v Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 6I\mhw!pQ Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 \U'TL_Ql Ex8b: 离轴单抛物面 12 ,}42]%$G Ex8c: 椭圆反射镜 12 \A3yM{G~+ Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 T]J#>LBd Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 &@xeWB Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 Z$a4@W9o Ex10: 宏、变量和udata命令 17 H~"XlP Ex11: 共焦非稳腔 17 [ w1" Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 q\5C-f Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 x?Oc<CQ-2 Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 c'6$`nC Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 6P I-"He Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 y0XI?Wr Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 6<A3H$3b Ex13: 相位像差 20 _`Sz}Yk Ex13a: 各种像差的显示 21 OKq={l Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 /2!"_?<L Ex14: 光束拟合 23 6ypqnOTr Ex15: 拦光 24 X{riI^( Ex16: 光阑与拦光 24 V/-~L]G Ex17: 拉曼增益器 25 }tT*Ch?u Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 *:A)j?( Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26 ETVT.R8 Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28 "ae55ft// Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29 /C}fE]n{X Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 9w FQ<r Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30 rJm%qSZz Ex24: 大气像差与自适应光学 31 jNNl5. Ex24a: 大气像差 32 Q-N.23\1 Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 W\<5'9LNb Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 jQ31u Ex25: 地对空激光通讯系统 32 ]g;K_>@ Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 Zb# Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 uQ.VW/> Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 ;nJCd1H Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 @]h#T4z' Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35 #B)`dA0a Ex28: 相位阵列 35 ~qT+sc!t Ex28a: 相位阵列 35 ~dwl7Qc Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35 m"vV=6m|\ Ex29: 带有风切变的大气像差 35 :r/rByd' Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 KXFa<^\o Ex31: 热晕效应 36 ':w6{b Ex31a: 无热晕效应传输 37 /qL&)24 Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37 <`9:hPp0 Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37 #zt+U^#) Ex32: 相位共轭镜 37 \ca4X{x Ex33: 稳定腔 38 i,,>@R Ex33a: 半共焦腔 38 Dx[t?- Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,理想透镜 39 es(vWf' Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39 +T^m Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 %/MK$ Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40 ix&hsNzD Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40 6CU8BDN Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 ?t}[Wi}7 Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 TCF[iE{ Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 X>|.BvY| Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 .[Sv|;x"E Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 R/O_*XY Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 73.o{V Ex33l: 谐振腔耦合 43 Z?hBn`. Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 W3 8=fyD Ex34: 单向稳定腔 45 }u+R,@l/ Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 +-~;?wA Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51 (lPNMS|V Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53 y9)l,@D Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54 XLbrE|0A? Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 #G{T(0<F Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 L6A6|+H%E Ex36: 有限差分传播函数 57 [bT@Y:X@` Ex36a: FDP与软孔径 58 ohM'Fx"q Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 {fN_itn Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 jv|IV Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 >v<}$v6D~ Ex37b: 偏振,表面极化效应 60 Y*Q(v Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 "msg./iC Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61 j ^!J:Bj Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61 &GD7ldck Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 |_=jXf\TL Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 VBCj.dw Ex38: 剪切干涉仪 4GHIRH
C%[ 62 Yu1xJgl Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 MA-$aN_( Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64 $0W0+A$ Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 cq9Q7<&MF Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 bo -Gh` Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 $z,bA*j9 Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 !7^He3 Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66 Vi? Z`G]w! Ex46: 光束整形滤波器 68 ~IWi@m{ Ex47: 增益片的建模 68 1[Mr2 @ Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 vo(?[[ Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70 <m6I)}K Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70 .$OInh Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 OVh/t#On Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70 ^LcI6h
Ex48: 倍频 70 2E1TJ.[BS Ex49: 单模的倍频 71 Q)}\4&4 Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 /1> Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 V[bc-m Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 q}1$OsM Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 bT*4Qd4W Ex52: 锥像差 72 JZnWzqFw Ex53: 厄米高斯函数 74 %5KR}NXX6 Ex53a: 厄米高斯多项式 75 ( gFA? aD< Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 V_1# 7 Ex54: 拉盖尔函数 75 =Fs LF Ex55: 远场中的散斑效应 75 GSFT(XX Ex56: F-P腔与相干光注入 75 Y'HF^jv]R Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 %7@H7^s}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° 76 i|O7nB@ 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 @}Z/{Z[@ Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 QO>*3,(H,q Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76 7 r<>^j' Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 Rj&7|z Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 $^XPk#$m Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 D7(t6C=FP Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79 9}mp,egV Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79 .#eXNyCe Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79 ]VH@\
f Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79 %Uk/P Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 6K y;1$ Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80 yy74>K Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80 -U $pW(~ Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80 B<&_lG0s | |