GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

r3}Q1b&   软件简介 h>a/3a$g   v'e5j``=   GLAD是由美国Applied Optics Research公司开发的一款专业的物理光学软件，特别适用于激光领域各种光学现象的仿真和评估！软件的开发者George Lawrence教授长期在光学领域排名NO.1的美国亚利桑那大学任教，在物理光学特别是激光领域拥有三十多年的研究经验。 <Pnz$nH:e   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。 2zPO3xL,   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。 ,_ iR   RxB9c(s^@   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。 e[($rsx   GLAD的应用领域包括：（1）包含传统光学元件，如各种透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析；（2）光束质量的分析和评价；（3）二元衍射光学元件的分析；（4）各种波导的分析；（5）激光系统的分析：无源腔性能分析，含各类增益介质的有源腔分析；（6）多种非线性过程的模拟；（7）偏振效应分析。 ~u.((GM   k|r|*|8   功能特性 \UEO$~Km   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： 2R`dyg   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。 V4CL%i   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。 {/2 _"H3:   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。 ' X9D(?O   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。 L60Sc   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。 |Bhj L,   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 JBK(Nk   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 X4$86   ?l/+*/AR;   GLAD基本版的功能： ;%<R>gDWv   %2ZWSQD   □ 整合环境设计区(IDE) y?-zQs0   it)!-[:bm   □ 简单或复杂激光束追迹 7Ap==J{a   )OE!vA   □ 相干和非相干交互作用 >"|"Gy (   *>,#'C2   □ 非线性激光增益模型 Z[GeU>?P   VSDG_:!K   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 .Gcs/PN   9NE L[J|   □ 任意形状的光阑 &57s//PrX   mGC!7^_D`   □ 近场-和远场-衍射传输分析 gw_]Y^U   !)//b]   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 3q)y;T\yW   /DxeG'O   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 7f_tH_(   ^77X?nDz=h   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 @#1T-*   d#cEAy   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) Y q(CD!   \wb 0%> 0   □ 透镜和反射镜数组 "8*5!anu-   E%e2$KfD   □ 变量数组，可达1024x1024 9~|hGo   uD8,E!\   □ 方形数组和可分离的衍射理论 EF5:$#   Bxf]Lu,\U@   □ 多重，独立的激光束追迹传输 b75en{aDi*   ]s>y se   □ 自动传输技术控制 Y JqbA?i   <F&53N&Zc   □ 薄片增益模型 8=DZ;]XD.   w<$0n#5   □ 全局坐标系统 ~0T,_N   bU{lV<R,   □ 任意的反射镜位置及方位设置 IRY/0v   <-s5 ;xwtS   □ 几何像差 P+(q38f[   N}X7g0>hV   □ 大Fresnel数系统模拟 t<H@c9{;*   GSaU:A   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) !Jk|ha~r   ^#p+#_*V   □ 相位共轭(phase conjugation) |N+uEiJ   -XMWN$Ah   □ 极化模型 ?7cT$/4   TBu[3X%   □ 部分相干光模型 P{[@t_   +xojnv   □ ABCD传输 2y#[uSqB   mj|TWDcj+   □ 光纤光学和3-D波导 g>;u} +lO   ]v|n'D-?   □ 二元光学(binary optics)和光栅 z z2'h>   f;cY&GC   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 pGT?=/=*   ~F^7L5d}C   □ M-平方因子评价 "S^""5   6sz:rv}   □ 相位修正的优化 )Nkf'&   /A"UV\H`f   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) L)-1( e<x   &eY&6I   GLAD Pro增加的功能： atYe$Db   :7 OhplI   □ 非线性光学： Eq/oq\(/6   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) hVf;{p &   2.倍频 ~=i<O&nai   3.自聚焦效应(self-focusing effects) {L.=)zt>   2x<4&^   □ 激光过程： aZB$%#'vR   1.速率方程增益模型(rate equation gain) C)qy=lx%   2.激光起振和Q-switching q&d5V~q   j@C*kj;-   □ 优化： ^J?y mo$>0   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) ql2O%B.6?   2.使用者自定义评价函数(merit function) #"KaRh   3.任何的系统参数都能进行优化 Ew>lk9La(   w3Z;&sFd   □ 几何光学： 1`v$R0`!   1.精密表面配合光线追迹 8XhGo2zf   2.透镜组的定义和分析 ,l7',@6Y   B0dv_'L}L   □ 大气效应： Pt[ b;}   1.Kolmogorov扰动 ~%d*#Yxq   2.热致离焦(thermal blooming) mz?1J4rt   t;L7H E@Y   典型案例图示 -I*NS6   g ^4<ve   任意形状的光阑 r0j+P%   c(r8 F[4w   5KRI}f   Dh.pH1ZY3n   S形光纤波导 Kl]LnN%A{   _ m<@ou7   IW5N^J   .$N 8cYu0   空间光耦合进入光纤 R~H+.Vh   -$tf`    DxJY{e9   t# <(Q   二元光学元件 &.)ST0b4   9KDm<Q-mf   8s)(e9Sr   xF])NZy|   剪切干涉仪 R(W}..U0R"   ,<O|Iis   b2G1@f.U   L2{b~`UvP   大气热晕 vd#BT$d?   Xn*>qm   6<m9guv   [s&0O<Wv   谐振腔分析 )bR`uV9<   Yrmd hSY   s]Qo'q 2   1CA%nqlng   模式竞争 {^_K   m`6=6(_p   RAAu3QKu   #Z1 <lAy   调Q激光器输出特性 &9Xn:<"`)   _8&a%?R@W   (;cvLop   CjZIBMGc

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