GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

hU~up a<dD   软件简介 %_L~"E 2e   }~+q S`   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。 PiVp(; rtQ   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。 =e"RE/q2   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。 \gW6E^    oB8LJZ;   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。 Jwtt&" c0.   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。 2)\gIMt%   NtDxwzj   功能特性 }nK=~Wcu\   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： ;39~G T   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。 <ht^Ck   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。 f5`q9w_c   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。 #ULzh&yO   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。 peZ'sZ6   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。 ?~9o2[   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 AT-   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 \!Wph5wA   rNl%I@ G   GLAD基本版的功能： S^:7V[=EgI   \B Uno6   □ 整合环境设计区(IDE) hbSXa'   ]A,Og_g   □ 简单或复杂激光束追迹 8 =,?Bh".   ~(-df>   □ 相干和非相干交互作用 +ZJ1> n   [l*;+N+   □ 非线性激光增益模型 iTVepYv4m   ``,q[|   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 Vif)e4{Pn   U1=]iG<%   □ 任意形状的光阑 AmX ~KK   `s\E"QeZ N   □ 近场-和远场-衍射传输分析 ^5Ob(FvU   B42qiV2/k   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 +(m*??TAV   ?/YT,W<c;&   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 o<L=l Q   h/NI5   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 ZJ%iiY   >/9Qgyc0   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) ;0nL1R]w(   o(@^V!}V   □ 透镜和反射镜数组 +<^c2diX   +-PFISa<r   □ 变量数组，可达1024x1024 OP98sd&T   Y.#:l<   □ 方形数组和可分离的衍射理论 $p\0/   N 8pzs"   □ 多重，独立的激光束追迹传输 X8 x:/]/0   Gf<%bQE   □ 自动传输技术控制 h9cx~/7,_)   ,L;%- }#$   □ 薄片增益模型 )dF`L   *|S{ %z9>   □ 全局坐标系统 -"x25~k!?F   xF`O ehVA   □ 任意的反射镜位置及方位设置 <]u]rZc$   B18?)LA   □ 几何像差 Df}3^J~JX   S<Uv/pn   □ 大Fresnel数系统模拟 tREC)+*\   r~;TId} #   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) 9@8)ZHf   ?dQ#%06mn   □ 相位共轭(phase conjugation) PHg(O:3WG   gacE?bW'   □ 极化模型 ~?:Xi_3Lo   AfJ.SNE   □ 部分相干光模型 ;s w3MRJ   F=V_ACU   □ ABCD传输 P+(Ys[J3   WbHI>tt   □ 光纤光学和3-D波导 M*<Bp    vU!<-T#   □ 二元光学(binary optics)和光栅 %s#`Z [8,   5`f\[oA   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 G~19Vv*;   y9-}LET3j   □ M-平方因子评价 ~.<}/GP]_   OIrr'uNH   □ 相位修正的优化  2D"\Ox   h 7* #;j   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) \:_!!    Q) Y&h'.(   GLAD Pro增加的功能： Y[`%j\=   \j~LxV   □ 非线性光学： d<>jhp5el   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) $6yr:2Xvt   2.倍频 hG>3y\!#   3.自聚焦效应(self-focusing effects) zK ir   KGsW*G4U=   □ 激光过程： tzSg`7H!   1.速率方程增益模型(rate equation gain) O<`\9   2.激光起振和Q-switching few=`%/   #{Gojg`5O   □ 优化： `I)ftj%   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) qh~S)^zFJ   2.使用者自定义评价函数(merit function) tC'@yX   3.任何的系统参数都能进行优化 YLe$Vv735   TF;}NQ   □ 几何光学： *Q:EICDE7   1.精密表面配合光线追迹 GeCyq%dN   2.透镜组的定义和分析 A]mXV4RmI   .5YIf~!59   □ 大气效应： t 4tXLI;'   1.Kolmogorov扰动 PU{7s   2.热致离焦(thermal blooming) G~|Z(}H   #e(P~'A0   典型案例图示 zFGZ;?i   I\oI"\}U   任意形状的光阑 D"+xF&   'UL"yM   $XO#qOW   U0t~H{-H   S形光纤波导 B;mt11M   Q.]RYv}\   (vqI@fB';u    "N4rh<<   空间光耦合进入光纤 Bi|XdS$G   %b(non*   ~R \Z&oQ   ILq"/S.   二元光学元件 ]@UJ 8hDy   tr$~INe   I%fz^:[#<   ;~5w`F)   剪切干涉仪 >"q~9b A   )./ '`Mx?   nkvkHh   h(VF   大气热晕 FtL{f=   %T:7I[f   ^@0-E@ {c   0/Wo":R:   谐振腔分析 *K1GX   1 Ev#[FOc   drZ1D s   ".R5K ?   模式竞争 8!uqR!M<C   Q #%C)7)   {_i.IPp~   j*aYh^   调Q激光器输出特性 A&~<qgBTp   7iJ=~po:o   &\0V*5tI   |:?JSi0

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