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2021-07-16 09:39 |
GLAD—激光系统和物理光学仿真软件
软件简介 0taopDi;d ?f9@ GLAD是由美国Applied Optics Research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。 5u(B]_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。 e!+_U C 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。 T@V<J' 3zV{cm0 GLAD允许用户自定义变量、子程序、循环、方程式、以及其它高级语言结构。 -Re4G78% 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;(7)偏振效应分析。 e -sZ_<GH @@&([f 功能特性 t)O8ON GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势: $j ZU(<4, 1.理论基础是衍射光学,通过分步傅立叶方法实现衍射传输和非线性现象(含增益)的模拟。并将物理光学和几何光学有机结合起来,实现对复杂系统的快速模拟。 '"#W!p 2.提供多种激光器组件命令,如透镜(理想的和实际的),透镜阵列,反射镜,棱镜,自适应反射镜,双折射晶体,光栅,谱色散平滑元件,任意形状的光阑,光纤以及各种结构的波导等,可以快速建立激光器模型。 EfTuHg$pe 3.准确模拟激光器谐振腔的特性,如输出的激光模式,输出功率与泵浦光之间的变化关系。通过改变谐振腔的参数(如腔镜的曲率半径、通过率、位置参数),可以观察这些因素对于输出模式、输出能量的影响。 F=/@D)hND 4.提供多种诊断函数,通过调用这些函数可以计算任意光场的参数,如Strehl比,M2因子,光束的半高全宽,环围能量(可聚焦能力的一个重要的衡量参数),输出光束的像差特性(拟合出Zernike多项式的系数),波前的RMS值,光学传递函数(OTF),光学系统的Rayleigh范围以及位置等。 w 0V=49 5.在非线性特性方面的模拟具有非常显著的优势,是目前唯一能够涵盖几乎所有非线性特性的物理光学模拟软件。可以模拟的非线性过程包括:各种增益过程(包括CO2增益模型、BEER定律增益模型、半导体增益模型、三能级系统模型、速率方程模型),自聚焦过程,倍频过程,和频过程,四波混频过程,Raman放大过程,大气湍流引起的热晕过程。 bf9LR1 6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 cjTV~(i'4A 7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 L.5 /wg jHP6d = GLAD基本版的功能: VR/*h% +:JyXFu □ 整合环境设计区(IDE) 6xFvu7L_c; zjuU*$A4 □ 简单或复杂激光束追迹 ;ALkeUR[ h5vvizruy □ 相干和非相干交互作用 ]z^*1^u^ig 8efQ-^b. □ 非线性激光增益模型 5]c'n ,qo"i7c{: □ 透镜和反射镜:球面镜、柱面镜 9Z KB, y":Y$v,P □ 任意形状的光阑 !|SVRaS Bu:h_sV D □ 近场-和远场-衍射传输分析 #n9:8BKf 38I .1p9 □ 稳态和非稳态谐振腔模型 SHc<`M'+ Xup"gYTZQ □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 F@+FXnz G;^}, %< □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 d[cqs9=\ %fv;C □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) HAkEJgV mBp3_E.t □ 透镜和反射镜数组 m1](f[$
2s+ITPr □ 变量数组,可达1024x1024 Py&DnG'H @|N'V"*MT □ 方形数组和可分离的衍射理论 #Tr>[ZC `|{6U"n □ 多重,独立的激光束追迹传输 (wMiXi BA1|%:. □ 自动传输技术控制 X^2Txm d sHt
PO[h □ 薄片增益模型 2l7Sbs7 ?u*gKI □ 全局坐标系统 2
/rDi ?iX1;c9 □ 任意的反射镜位置及方位设置 NXJyRAJ*% 3!+N}[$iy □ 几何像差 u:6PAVW? w<m)T □ 大Fresnel数系统模拟
$O+e+Y Ql%0%naq1 □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) )_MIUQ% dG}.T_l □ 相位共轭(phase conjugation) X2Z
E9b vP_V%5~yN □ 极化模型 rh8.kW-K_ JTK0#+? □ 部分相干光模型 9PU9BYBG 4 yk!T □ ABCD传输 wFgL\[$^| &_DRrp0CN □ 光纤光学和3-D波导 Z5oX "Yx 4f}:)M$5 □ 二元光学(binary optics)和光栅 P,(Tu.EPk x[ sSM: □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 h-^7cHI} 7 Q`'1oE? □ M-平方因子评价 ,>DaS( #4?(A[]>H □ 相位修正的优化 eX+FtN 75O-%9lFF □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) H-*"%SJ yf2I%\p} GLAD Pro增加的功能: Ar+<n 2;[ v}$s,j3NO □ 非线性光学: _l i\b- 1.Raman放大,四波混频(Four-wave mixing) L$ nFRl& 2.倍频 !A. Kb74 3.自聚焦效应(self-focusing effects) 4. &t %
d%KH9u □ 激光过程: Ww{|:>j 1.速率方程增益模型(rate equation gain) Oy @vh>RY 2.激光起振和Q-switching &HPzm6.3 :6^8Q,C1@ □ 优化: *kI1NchF 1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) 5]Wkk~a 2.使用者自定义评价函数(merit function) !kPZuU`T 3.任何的系统参数都能进行优化 q=o"]
6 DwQaj"1<% □ 几何光学: g{`r WKj 1.精密表面配合光线追迹 %cWy0:F5VY 2.透镜组的定义和分析 /K#t$O4 hb6UyN □ 大气效应: l
)hg!( 1.Kolmogorov扰动 %cDTy]ILu 2.热致离焦(thermal blooming) ]t69a4&,#9 (z[|\6O 典型案例图示 bdn{Y zLG5m]G4D 任意形状的光阑 AT#&`Ew J,8Wo6
0FDfB; #+1*g4m~B S形光纤波导 |JpLMUG MTKd:.J6
mSWh'1]b.~ VfJbexYT 空间光耦合进入光纤 0n<t/74 %8?s3^o
=R M=@X YpFh_Zr[ 二元光学元件 sW#}QYd ]-o0HY2
3^>D | &Rgy/1 剪切干涉仪 4{d`-reHg +4k Bd<0Y
")l_>y? @:'swO/\< 大气热晕 }gE?ms4$ 8:j8>K*6
* /S=9n0 >Q0HqOq 谐振腔分析 x(e=@/qp WcyN,5
0Hz*L,Bh4 #,dE) 模式竞争 83*"58 mdu5aL
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