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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 (6+0U1[Iz +%~g$#tlJo 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。 tr} $82Po sR0nY8@F 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。 Stw6%T- 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。 U5PCj ]-Xt \
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T 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。 u60l - ZqGq%8\.s 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。 G j:| 不当之处,敬请指正!
t|DYz#] 0&-sz=L ={oO9.9 目录 MG@19R2s 前言 2 S {H8}m|MW 1、传输中的相位因子与古伊相移 3 , $=V 2、带有反射壁的空心波导 7 32Z4&~I 3、二元光学元件建模 14 tpctz~ . 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21 KKzvoc?Bt 5、大气像差与自适应光学 26 +Lr0i_al 6、热晕效应 29 Tk:y>P!%a 7、部分相干光模拟 34 b +_E)4 8、谐振腔的优化设计 43 /P%:u0fX, 9、共焦非稳腔模拟仿真 47 :U>
oW97l 10、非稳环形腔模拟 53 5%$#3LT| 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58 ^eRuj)$5A 12、体全息模拟 63 Xz@>sY>Jc 13、利用全息图实现加密和解密 68 z,EOyi 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75 $b$D[4 15、拉曼放大器 80 ( 65p/$Vh 16、瞬态拉曼效应 90 zkOgL9
(_8 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97 }ie]7N6; 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104 VGq]id{*$ 19、光学参量振荡器 109 {mQJ6
G'ny 20、激光二极管泵浦的固体激光器 114 !|/fVWH 21、ZIG-ZAG放大器 122 [`lAc V< 22、多程放大器 133 vX\e*
v 23、调Q激光器 153 9lxT5Wg 24、光纤耦合系统仿真 161 5 $J 25、相干增益模型 169 dw|0K+-PH 26、谐振腔往返传输内的采样 181 ]lY9[~
v 27、光纤激光器 191 ;<A/e L9@jmh*E GLAD案例索引手册 ){:aGGtko QFYy$T+W 目录 ^xwFjQXx :6+~"7T 目 录 i &?nF';&
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GLAD案例索引手册实物照片 >e ;f{ GLAD软件简介 1 'Ot[q^,KRG Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2 Vvj]2V3 Ex1a: 基本输入 2 Tjqn::~D Ex1b: RTF命令文件 3 %K7}yy&9C Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4 ULjzhy+(8 Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5 cIp h$@ Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5 $5r,Q{;$ Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6 8.':pY'8" Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6 [Bo$? Ex3: 单位选择 7 >``GDjcJ Ex4: 变量、表达式和数值面 7 9_3M}|V$^e Ex5: 简单透镜与平面镜 7 }[`?#`sW Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8 Bl];^W^P Ex7: mirror/global命令 8 ~tvoR&{I Ex8: 圆锥曲面反射镜 11 .)w0C%] Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11 #8jd,I%L Ex8b: 离轴单抛物面 12 Uj)]nJX Ex8c: 椭圆反射镜 12 {@AcL:Eit Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12 ]w>fnew Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12 Pa +BE[z Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17 3~ZVAg[c Ex10: 宏、变量和udata命令 17 W)cLMGet Ex11: 共焦非稳腔 17 _4$DnQ6& Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18 [@Y q^.6t Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18 m9@n Ex11c: 发散输出的非稳腔 19 H@'
@xHv Ex11d: 注入相反模式的空腔 19 zQ}N
mlk Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20 >>zoG3H! Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20 Yur)_m Ex13: 相位像差 20 V?BVk8D}; Ex13a: 各种像差的显示 21 0)V-|v` Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23 S45>f(! Ex14: 光束拟合 23 GNc|)$ Ex15: 拦光 24 ^6>|! Ex16: 光阑与拦光 24 Cl!jK^AbG Ex17: 拉曼增益器 25 V&v~kzLr+ Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26 CJ Ex19: 会聚光束的拉曼过程,简单动力学分步法 26 QL18MbfqP Ex20: 利用wave4的拉曼放大,准直光束 28
a|uZJ* Ex21: 利用wave4的四波混频,准直光几何传输 29 1C=P #MU` Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29 :OaQq@V Ex23: 利用wave4的四波混频,会聚光束 30 Ky$G$H Ex24: 大气像差与自适应光学 31 m?$G(E5 Ex24a: 大气像差 32 x)ZH;) Ex24b: 准直光路中的大气像差 32 Gw^=kzh Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32 @(fY4]K Ex25: 地对空激光通讯系统 32 G| oG: Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34 O/oYaAlFF@ Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34 }yDq\5s
Q[ Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35 !13
/+ u Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35 a' o8n6i Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35 >0#q!H,X Ex28: 相位阵列 35 | V,jd Ex28a: 相位阵列 35 "0zXpQi,B Ex28b: 11×11的转向激光阵列,阻尼项控制 35 VQMd[/ Ex29: 带有风切变的大气像差 35 *[:CbFE0y Ex30: 近场和远场的散斑现象 36 y7EX& Ex31: 热晕效应 36 eAKQR Ex31a: 无热晕效应传输 37 <L/vNP Ex31b: 热晕效应,无动力制冷 37 I} fcFL8 Ex31c: 热晕效应,动力制冷和像差 37 FKnQwX.0 Ex32: 相位共轭镜 37 T)f_W Ex33: 稳定腔 38 L$c%u Ex33a: 半共焦腔 38 D s,"E#? Ex33b: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,理想透镜 39 LE80`t>M# Ex33c: 半共焦腔,1:1内腔望远镜,透镜组 39 JO{-
P Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39 K |} ]< Ex33e1: 相干注入,偏心光输入(1) 40 =M{CZm Ex33e2: 相干注入,偏心光输入(2) 40 `+BaDns Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41 qS}RFM5| Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41 N<"6=z@w+ Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41 o+Ti$`2<O7 Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42 ^1yTL5#:Vw Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42 m3Z}eC8LK Ex33k: 拓展腔与伪反射 42 ';|>`< Ex33l: 谐振腔耦合 43 pjs9b%. Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45 (i0"hi Ex34: 单向稳定腔 45 ^
R^N`V Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47 `=$jc4@J Ex35a: 分布式传输,孔径划分方法 51 jsi#l Ex35b: 分布式传输,入射光中添加相位光栅 53 ;4v}0N~. Ex35c: 分布式传输,折射面上添加相位光栅 54 7a]Zws Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56 1S]gD&V Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56 ;@YF}%!+W Ex36: 有限差分传播函数 57 U2>dwn Ex36a: FDP与软孔径 58 UEQ'D9 Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58 ?$@KwA Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58 eTRx 6Fri( Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58 LO} :Ub Ex37b: 偏振,表面极化效应 60 2{]S_. zV Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61 *5_8\7d Ex37d: 偏振,古斯-汉欣位移(1) 61 -1r &s Ex37e: 偏振,采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移(2) 61 9_A0:S9Z Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61 Ed0>R<jR9 Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62 K!D!b'|bb Ex38: 剪切干涉仪 lPcVhj6No% 62 f'`nx;@X Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62 E<#4G9O< Ex40: 相位共轭,有限相互作用长度 64 _
kSPUP5 Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64 U>_\ Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65 :UDn^(# Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66 [T[9*6Kt Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66 PVS<QN% Ex45: 环形非稳腔,工作物质具有聚焦性质 66 fByh";<`P Ex46: 光束整形滤波器 68 BUA6( Ex47: 增益片的建模 68 ogc('HqF^' Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70 Wt)SdF=U/ Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70 +65~,e Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器,单步骤 70 q'Pz3/mk Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70 3+8" Ex47e: 点对点控制增益与饱和,多光束的饱和 70 |h=+&*(: Ex48: 倍频 70 tC@zM.v% Ex49: 单模的倍频 71 01{r^ZT`RH Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71 {Sr=SE Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71 .xLF}{u Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72 `k}l$ih`X Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72 nvs}r%1'5 Ex52: 锥像差 72 yhtvr5z1 Ex53: 厄米高斯函数 74 0n<(*bfW Ex53a: 厄米高斯多项式 75 `l gjw= Ex53b: 径向偏振光的建构,HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75 qzHqj; Ex54: 拉盖尔函数 75 <jRFN&"h} Ex55: 远场中的散斑效应 75 B/sBYVU Ex56: F-P腔与相干光注入 75 -Nlf~X Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76 >\?z37:T 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 csdOIF 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 wSJ]3gJM` Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76 16[-3cJ T Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)(续) 76 :<t{ =0G Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76 VTJIaqw Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76 Rgfc29(8 Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77 ANFg]g.Az Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,无吸收情况 79 D-o7yc"K Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,有吸收情况 79 hM36QOdm Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,比尔定律与自聚焦 79 jI{~s]Q Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度,吸收、自聚焦、像差 79 <nb3~z1 Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79 hLyTUt~\L Ex59a: 焦平面上的球差,有拦光 80 M)`HK
. Ex59b: 焦平面上的球差,无拦光 80 aucZJjH Ex59c: 2f透镜,焦平面扫描 80 2-$bh Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80 uK;K{ Ex60a: 对散焦的简单优化 80 (!0j4' Ex60b: 优化的数值验证,数值目标 81 Tbi]oB# Ex60c: 优化的数值验证,阵列目标 81 iBKb/Oi6 Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,数值验证 81 h5&/hBN Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化,内置函数 81 "^9[OgE: Ex61: 对加速模型评估的优化 82 oTF^<I-C Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82 EREolCASb Ex62a: 平面波光栅,小的遮光片的影响 85 ]<8B-D?Z Ex62b: 平面波光栅,第二个光栅的影响 85 q?imE ~&U Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85 j Ne(w<',P Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85 GJIWG&C03 Ex65: 非相干成像与光学传递函数(OTF) 85 m1hW< Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86 w\o)bn Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87 SLJ&{`"7 Ex67a: 六边形透镜阵列 88 c?!YFm Ex67b: 矩形透镜阵列 88 6 Iv( Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88 6WE&((r^ Ex67d: 矩形柱透镜 88 $N}/1R^?r Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88 gf68iR.Gs Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88 $5TepH0D Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88 )YzH k ;( Ex67h: N×N的激光二极管阵列,高斯型包络面 88 p~Hvl3SxR Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88 ET,Q3X\Oe Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为1μ 89 [F/^J|VMV Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔,工作波长为100μ 89 ^w:OS5 %R Ex69: 速率方程与瞬态响应 89 LbJtpwz>z Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89 yaH
Trh% Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92 vix&E`0yD Ex69c: 速率方程与单步骤 92 [!1)mR Ex69d: 半导体增益 92 .e`,{G(5q7 Ex69e: 三能级系统的增益,单一上能级态 93 24T@N~\g Ex69f: 速率方程的数值举例 93 4meidKw] Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93 w=f0*$ue+w Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93 o {=qC: b Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93 _\
. Ex69j: 稳态速率方程的解 93 cS<TmS! Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93 EKZ$Q4YE Ex70: Udata命令的显示 93 xT9Yes& Ex71: 纹影系统 94 D9 qX->p Ex72: 测试ABCD等价系统 94 *0%4l_i Ex73: 动态存储测试 95 cI*KRCU Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95 2.[_t/T Ex75: 锥面镜 95 JN9^fR09G Ex75a: 无焦锥面镜,左出左回 95 %&^Q(f Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移,左出左回 97 n,t6v5>88 Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97 79)A%@YHQQ Ex75d: 无焦锥面镜,位置偏移较大 98 OSp?okV Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔 3g4e']t 。。。。后续还有目录 u5Qp/ag?N 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系 zuUT S[ a
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