GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

1L9 <1   软件简介 ^w}Ib']X   S?WUSx*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。 1@@]h!>k:   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。 md_s2d   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。  0d)n}fm   UM^hF%   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。 I`lH6hHp   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。 fkG"72 95A   .qP zd(<T7   功能特性 yE/I)GOQjs   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： TK1MmL   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。 j+v)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。 x6P^IkL:   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。 EE{%hGb   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。 9{&x-ugM   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。 c v&hT.1   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 "q8'tN><   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 2)H|/   ^U1+D^AJ   GLAD基本版的功能： PSvRO%&   L(YT6Vmm+t   □ 整合环境设计区(IDE) xk<0QYv    'a9.JS[pj   □ 简单或复杂激光束追迹 zy5 bDL -   ba.OjK@   □ 相干和非相干交互作用 o W [-?   N* QI>kzU   □ 非线性激光增益模型 ;0W lvKF   w%"q=V   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 yw^,@'   }?$Mh)   □ 任意形状的光阑 riQ?'!a7   ![Y$[l   □ 近场-和远场-衍射传输分析 Yi,um-%   DenCD9 f   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 FL}8h/   34:=A0z   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 Z!6G(zz:>   kSrzIq<xre   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 HkCme_y"   ZH*?~ #   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) 6&cU*Io@   T !AQJ:;1   □ 透镜和反射镜数组 m[rJFSpef   /_HL&|N_5   □ 变量数组，可达1024x1024 _=p|"~rN$   fz\Az-   □ 方形数组和可分离的衍射理论 bEJZh%j!   R2{X? 2|$   □ 多重，独立的激光束追迹传输 37DvI&   'L7.a'   □ 自动传输技术控制 MDZb|1.AT   W*#/@/5   □ 薄片增益模型 \(s";@   NjLd-v"2   □ 全局坐标系统 qxNV~aK   6I<`N   □ 任意的反射镜位置及方位设置 RdjUw#\33b   [VHt#JuN,   □ 几何像差 6{ Eh={:b   *HUqW}_r   □ 大Fresnel数系统模拟 j@f(cRAf#   N~_gT Jr~P   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) >3/<goXk7   %\u>%s <9   □ 相位共轭(phase conjugation) v}U;@3W8U   /nNHI34   □ 极化模型 iW)Ou?aS   ?UzHQr   □ 部分相干光模型 7UiU3SUcg   Wh7nli7f_   □ ABCD传输 |b'AWI81D   8d NJZoV   □ 光纤光学和3-D波导 Z~ (QV0}   8^~]Ym:   □ 二元光学(binary optics)和光栅 GOjri   pbNVj~#6   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 +=QboUN   Tu"](|I>    □ M-平方因子评价 ;3_'{   BRT2=}A   □ 相位修正的优化 4_eq@'9-q   ^"I!+Teb   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) ,k4 (b   te_D  ,   GLAD Pro增加的功能： ]`x~v4JU   ]dH;+3}   □ 非线性光学： ?:,j9:m?   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing)  zcc]5>   2.倍频 $t^`Pt*:u   3.自聚焦效应(self-focusing effects) L=>N#QR7   Ag -*DH0   □ 激光过程： V*)gJg   1.速率方程增益模型(rate equation gain) _?8T'?-1   2.激光起振和Q-switching UaB!,vs3st   U-(d~]$   □ 优化： on~rrSK   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) is,_r( S   2.使用者自定义评价函数(merit function) Yd9y8TqJ   3.任何的系统参数都能进行优化 [>f E{~Y   5u8 Y Hv   □ 几何光学： rTcH~s D`   1.精密表面配合光线追迹 n#iL[ &/Aw   2.透镜组的定义和分析 3j6$!89'    I2b[   □ 大气效应： P+ JYs   1.Kolmogorov扰动 ]Kd:ZmJ   2.热致离焦(thermal blooming) #q zozQ4   !,]_tw>R   典型案例图示 fz%urbJR   hP #>`)aNY   任意形状的光阑 + %0+   r'j*f"uAm   m$3&r2vgi   "&An9H'   S形光纤波导 *v6'I-#   5 gE   \ /o`CV{O   Gk<h_1WW K   空间光耦合进入光纤 h4]yIM`8d   w%kxY5q   N=(rl#<   ]krOPM/   二元光学元件 EBJaFz'   .Sm7na K   `.@N9+Aj   C{4[7   剪切干涉仪 3ILEc:< 0J   Rv }e+5F   \ ^_3Yw   GSsot%B u"   大气热晕 }I!D65-#'   \S _ycn   dQt]r   wj5{f5 RWV   谐振腔分析 3(X"IoNQ   `Q,03W#GJ%   1aKY+4/G   Bc$t`PI   模式竞争 wTG6>l]H   /S%{`F=   H_Vf_p?   )jvYJ9s   调Q激光器输出特性 2!}5shB   )D Y?Y-n   zl$'W=[rFs   c&ymVB?G:1

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