GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

7Av/ZS   软件简介 i)Vqvb0Q   2f]:n   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。 J\b,rOIf   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。 aD8cqVhM3&   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。 W}EI gVHs   E)o/C(g   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。 + 1\1Z@\M   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。 MI0'ou8l   1eZ">,F6<   功能特性 S;M'qw N   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： fu}NH\{   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。 a8rsF   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。 .+]e9mV   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。 1*S It5?4   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。 `sQ\j Nu   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。 l %=yT6   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 p%+ 0^]v1   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 .21%~"dxJ   m<IPi <   GLAD基本版的功能： t } 7hD   w-FZ`OA`D   □ 整合环境设计区(IDE) #R4Mv(BG   :k6|-A2   □ 简单或复杂激光束追迹 J:dF^3Y   F8Z<JcOI   □ 相干和非相干交互作用 V^QKn+/   Gg|'T}0X   □ 非线性激光增益模型 iN8?~T}w   TC?kuQI   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 Qh%/{6(u   n{d}]V@   □ 任意形状的光阑 1>jG*tr   QIQB   □ 近场-和远场-衍射传输分析 g_G?gO   #QXv[%k   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 /|t vGC.#   >"jV8%!sM   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 V2g,JFp&   jFM8dl n   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 \=Af AO@   ^c83_93)R   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) sSd   !H{)L@f   □ 透镜和反射镜数组 t>7t4>X   .{k(4_Q?I   □ 变量数组，可达1024x1024 UBOCd[   )&1yt4 x6%   □ 方形数组和可分离的衍射理论 ih.UzPg   |xZDc6HDW   □ 多重，独立的激光束追迹传输 bR?-B>EB   (M4~N)7<P5   □ 自动传输技术控制 uYIw ?fX y   BnvUPDT&   □ 薄片增益模型 E}lU?U5i   1)?^N`xF   □ 全局坐标系统 0t}=F4@&a   t!c8c^HR   □ 任意的反射镜位置及方位设置 l~Kn-S{   4U<'3~RN   □ 几何像差 ?)<zrE5p   _bqiS]:   □ 大Fresnel数系统模拟 &~pj)\_   6R%c+ok8i   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) &YO5N4X~o   HQ7-,!XO   □ 相位共轭(phase conjugation) FRF3V>   PtO-%I<N   □ 极化模型 ^8.R 'Yq   >r{3t{   □ 部分相干光模型 [ w   [4 g5{eX   □ ABCD传输 Il2DZ5- )   *D ~@xypy   □ 光纤光学和3-D波导 4en&EWUr   $%;NX[>j   □ 二元光学(binary optics)和光栅 TcZ Ci^1F   K).X=2gjY   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 R"5/   0vS%m/Zi-   □ M-平方因子评价 Xa*52Q`_   4I"QT(;   □ 相位修正的优化 Mb\~WUWI   L45&O *%   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) WaWT 5|A   JQ+4 SomK   GLAD Pro增加的功能： zN].W\("\   dLD"Cx   □ 非线性光学： 4dMwJ "V   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) LAwX9q`   2.倍频 H b]    3.自聚焦效应(self-focusing effects) j2qDRI   $7TY ix8=   □ 激光过程： 8PXleAn   1.速率方程增益模型(rate equation gain) _ H$Cm   2.激光起振和Q-switching RduA0@g0   i= ~HXr}   □ 优化： %!(6vm>8   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) m%ET!+   2.使用者自定义评价函数(merit function) >+u5%5-wr   3.任何的系统参数都能进行优化 Bf1GHnXv   1uB}Oe2~   □ 几何光学： =_%:9FnQ0   1.精密表面配合光线追迹 KPW: r#d   2.透镜组的定义和分析 yu#Jw   *Ei~2O}   □ 大气效应： PwF}yxkI   1.Kolmogorov扰动 ' AeU   2.热致离焦(thermal blooming) l:+tl/   Fj1/B0acS   典型案例图示 F`Q,pBl1p6   @=Ly#HuUM   任意形状的光阑 En5Bsz!   L2{tof   v bb mmv   S31:}    S形光纤波导 bn<&Xe   )KXLL;]   Pl1:d{"d   1)u=&t,   空间光耦合进入光纤 w$Dp m.0(   %=#&\ldPS   S`0@fieOf   >:OOuf#   二元光学元件 _<t3~{qUT   eDaVoc3   \hi{r@ k>}   T]CvfvO 5   剪切干涉仪 14oD^`-t   aMv   {y<_S]0   Yo7ctwzdH;   大气热晕 K<|b>PI.s   .WyI.Y1   ,{'~J @   s<<vHzm   谐振腔分析 Ij=hmTl{P   ).v;~yE   :+E>UzT   e#_xDR:   模式竞争 PCw.NJd$   ShCAkaj_   _9L2JN$R6   o"[qPZd>   调Q激光器输出特性 :dLS+cTC   QQC0uta`   {tWfLfzU   ?\c*DNM'

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