GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

dG|\geD   软件简介 C[s*Na-   lWdE^-   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。 h?O-13v   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。 eQeNlCG   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。 nDo|^{!L`   D\TL6"wo   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。 V{*9fB#4L   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。 5eU/ [F9   duqu}*Jw   功能特性 N;hq   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： N" 8o 0>   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。 l&yR-FJ7KY   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。 /bb4nM_E/   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。 LRI_s>7   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。 I2Us!W>6-   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。 1,mf]7k$   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 FStfGN   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 L%<1C\k   6`s[PKP.   GLAD基本版的功能： ,=ICSS~9l   ?+!KucTF   □ 整合环境设计区(IDE) l)|CPSN?w   -cW5v   □ 简单或复杂激光束追迹 WV6vM()#!C   ^1g6(k'   □ 相干和非相干交互作用 4VooU [Ka(   $M8'm1R9   □ 非线性激光增益模型 `rcjZ^n   r9%W?fEBp   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 l5MxJ>?4%B   JDs<1@\   □ 任意形状的光阑 W,<Vr2J[   vZKo&jUk   □ 近场-和远场-衍射传输分析 eMF%!qUr   EbW7Av   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 (&B & V   +j<Nu)0iY   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 sv[)?1S   SUx0!_f*R   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 -{w&ya4X   Gg&jb=   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) @-m&X2J+c   Wm A:"!~M   □ 透镜和反射镜数组 |9Y9pked8   aB Yhk|Ei   □ 变量数组，可达1024x1024 %1 v)rg y   U/ZbE?it>   □ 方形数组和可分离的衍射理论 &x;nP6mV   15zL,yo   □ 多重，独立的激光束追迹传输 h!Ka\By8#   s9 Xeh"   □ 自动传输技术控制 "[8](3\v   cVz.ac   □ 薄片增益模型 ?;*mSQA`J   55;xAsG   □ 全局坐标系统 $v^F>*I1   ~E!"YkIr   □ 任意的反射镜位置及方位设置 p7k0pS t   e88JT_zrO   □ 几何像差 :?S2s Ne2   *L^{p.K4   □ 大Fresnel数系统模拟 I8[G!u71)_   :4WwCpgz,   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) \Lc pl-;?   >Z3}WMgBN   □ 相位共轭(phase conjugation) uM\~*@    2`lit@u&u   □ 极化模型 RJWlG'i   Mpj3<vj    □ 部分相干光模型 K.cNx   pymT-   □ ABCD传输 Yd,*LYd2EL   ;Y~;G7   □ 光纤光学和3-D波导 w@"|S_E   r^@*Cir   □ 二元光学(binary optics)和光栅 P2oRC3~   v/^2K,[0>   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 l"MEX/   k}BNFv8   □ M-平方因子评价 $zdJ\UX   r)b`3=   □ 相位修正的优化 IUZsLNW   X-ml0 =M[   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) wRuJein#   zX5 p'8-   GLAD Pro增加的功能： 3wr~P   aMHIOA%Kh   □ 非线性光学： Ek4aC3   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) p?!]sO1l   2.倍频 bFTWuM   3.自聚焦效应(self-focusing effects) ;[6u79;I   beq)Frn^   □ 激光过程： doe[f_\   1.速率方程增益模型(rate equation gain) O|OPdD   2.激光起振和Q-switching xi.;`Q^#   !|`YNsR   □ 优化： E-Mp|y/V   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) Z1>pOJm   2.使用者自定义评价函数(merit function) LN7;Yr   3.任何的系统参数都能进行优化 2S/^"IM["   #!5GGe{I   □ 几何光学： .AV--oA~   1.精密表面配合光线追迹 u]oS91   2.透镜组的定义和分析 Gud!(5'   !867DX3*   □ 大气效应： Ak1f*HGl|   1.Kolmogorov扰动 xXyzzr1[   2.热致离焦(thermal blooming) 7g=Ze~aq   M"P$hb'F   典型案例图示 a1GyI   b?Vu9!   任意形状的光阑 u{\`*dNx   1&m08dZm5   EKDv3aFQZ#   xxedezNko   S形光纤波导 L=VuEF   4 [5Z>2w   ]r#tJT`M   GHoPv-#   空间光耦合进入光纤 K{0mb   @5kN L~2   .*y{[."!   6bU/IVP   二元光学元件 'QkL%z0   >w V$az   L6',s4   45_zO#   剪切干涉仪 JM M\   i/WYjo   TeG 'cKz   Z&PwNr/   大气热晕 T%ha2X=   t<$yxD/R   TpnkJygIm   MEo+S   谐振腔分析 kKCkjA:o##   0w\gxd~'   AJq'~fC;I   'av OQj]`K   模式竞争 E]+W^VG   IoA"e@~t   J]Y." hi   *%g*Np_P   调Q激光器输出特性 E|ZY2&J`4   *BSL=8G{   psYfz)1;   ;;UvK v

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