GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

U;@jl?jnG   软件简介 R2`g?5v   j[cjQ]>~'   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。 '[^2uQc   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。 =;=V4nKN   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。 M(uB ;Te   )M 0O=Cl1   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。 yFo5pKF.J   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。 jYz3(mM'J   !?/bK[ P,   功能特性 *Rh .s!@4   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： G |^X:+   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。 I "2FTGA   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。 P0z{R[KBH   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。 cx(F,?SbS   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。 X~3P?O]kFv   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。 NGUGN~p   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 Dys"|,F   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 % cdP*   Uc0'XPo3I   GLAD基本版的功能： #>B1$(@   #UD   □ 整合环境设计区(IDE) ?/MXcI(   )du{ZWr   □ 简单或复杂激光束追迹 );DIrA   B31-<w   □ 相干和非相干交互作用 S(h*\we   !\O,dq   □ 非线性激光增益模型 >L`mF_WG   @ -d4kg   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 b'5pQ2Mq   R}9jgB   □ 任意形状的光阑 RgA4@J#   R7c)C8/~   □ 近场-和远场-衍射传输分析 $yFuaqG`Wo   E]?HCRa5R   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 g GT,PP(k   [F[<2{FQF   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 G%R`)Z]8&   Bjj^!T/#   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 L6=RD<~C   G%jJ>T4   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) r~_ /Jj   +STzG/9#   □ 透镜和反射镜数组 nvVsO>2{ o   ]u ~Fn2   □ 变量数组，可达1024x1024 U2lC !j%K   )ZyuF(C&   □ 方形数组和可分离的衍射理论 ]mo<qWRc>p   6FIoWG"x   □ 多重，独立的激光束追迹传输 >1pH 91c'   oe|<xWu   □ 自动传输技术控制 g4SYG)'R+   Y6?mY!   □ 薄片增益模型 [HiTR!o*   =1OAy`8   □ 全局坐标系统 `oRs- ,d|<   4?M3#],'h   □ 任意的反射镜位置及方位设置 ) K%O/H   h]DECd{   □ 几何像差 #]a51Vss   7+hF;   □ 大Fresnel数系统模拟 [pFu ]^X   TIWLp   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) aa%&&   SJc@iffS   □ 相位共轭(phase conjugation) gIM'bA<~   yP9wYF^A\   □ 极化模型 L0|hc   UQ?OD~7   □ 部分相干光模型 6 %k+ 0\d   4|41^B5Y   □ ABCD传输 ! }?jCpp   {r2|fgi   □ 光纤光学和3-D波导 _AB9BQm   FO>(QLlH   □ 二元光学(binary optics)和光栅 <eFAI}=s    po2[uJ   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 5h=TV   ME@6.*   □ M-平方因子评价 OC>_=i$'   r{2].31'   □ 相位修正的优化 $EGRaps{j>   T\ }v$A03   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) QT= ,En   3)c K*8#   GLAD Pro增加的功能： 46P6Bwobh   i|]Va44   □ 非线性光学： b'oGt,   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) u6Qf*_-K   2.倍频 Li-(p"   3.自聚焦效应(self-focusing effects) G!VF*yW8   2 ssj(Qo   □ 激光过程： 5+/b$mHZX   1.速率方程增益模型(rate equation gain) d O46~   2.激光起振和Q-switching Z'*Z@u3   /sT ^lf=   □ 优化： ^g-t#O lD?   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) L }jF#*Q%   2.使用者自定义评价函数(merit function) 1S(\2{Ylo   3.任何的系统参数都能进行优化 H1%[\X?=   uJam $ V   □ 几何光学： G>w?9:V}   1.精密表面配合光线追迹 r2GK_$vd   2.透镜组的定义和分析 o%WjJ~!zL   ;64mf`   □ 大气效应： jWK@NXMH   1.Kolmogorov扰动 7. e7Fi {   2.热致离焦(thermal blooming) pgd8`$(Q   B&i0j5L   典型案例图示 7{An@hNh   w&|R5Q   任意形状的光阑 :K^gu%,&$   %nmY:}um   )b&-3$?   W[>iJJwz   S形光纤波导 R{) Q1~H=q   /j' B\,   Wyq~:vU.S   MZ5Y\-nq\   空间光耦合进入光纤 GjeUUmr   hr[B^?6   7k]RO   ] dHB}   二元光学元件 UK6xkra?#   ^}o7*   \6lh `U   kYxl1nv   剪切干涉仪 [Y$5zeA   7}?k^x,1   WgA`kT   OQ(D5GR:4   大气热晕 cGE=.   U~*c#U"bh   @8=vFP'   I(]BMMj   谐振腔分析 gwSN>oj &   ieo|%N{'   g/8.W   Q PFeBl   模式竞争 J]}FC{CD!   hojHbm m4   'ySljo*It   ?&znUoB   调Q激光器输出特性 ~{kM5:-iw   -B1YZ/.rz"   Ys-Keyg   _+twqi

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