GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

$~q{MX&J   软件简介 N#-%b"(   %ly&~&0   GLAD是由美国Applied Optics Research公司开发的一款专业的物理光学软件，特别适用于激光领域各种光学现象的仿真和评估！软件的开发者George Lawrence教授长期在光学领域排名NO.1的美国亚利桑那大学任教，在物理光学特别是激光领域拥有三十多年的研究经验。 b:9"nALgC   GLAD使用复振幅来描述光束，采用快速傅里叶变换结合分步傅里叶算法进行传输分析，几乎能对所有类型的激光系统进行分析，或对物理光学系统做完整的端-对-端的分析处理，还囊括各种激光增益模型、数种非线性过程和许多其它的激光及物理光学效应。 +mG"m hF   GLAD的使用方法为调用内部各类“积木”进行建模、传输和分析。积木的类型包括：用于进行系统和光束初始化的命令；用于表征各类像差和相位屏的命令；用于表征各类传统光学元件的命令；用于表征各类非线性过程的命令；用于表征激光增益介质的命令；用于光束参数诊断的命令；用于计算结果输入、输出的命令等。只要将不同类型的积木有机“组装”起来就可以轻松实现任意光学系统的模拟。 [.l,#-vp   YP!}Bf   GLAD允许用户自定义变量、子程序、循环、方程式、以及其它高级语言结构。 DPY+{5 q2   GLAD的应用领域包括：（1）包含传统光学元件，如各种透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析；（2）光束质量的分析和评价；（3）二元衍射光学元件的分析；（4）各种波导的分析；（5）激光系统的分析：无源腔性能分析，含各类增益介质的有源腔分析；（6）多种非线性过程的模拟；（7）偏振效应分析。 0Bgj.?l   6 [bQ'Ir^8   功能特性 NfQQJ@*   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： vZQraY nJ   1.理论基础是衍射光学，通过分步傅立叶方法实现衍射传输和非线性现象（含增益）的模拟。并将物理光学和几何光学有机结合起来，实现对复杂系统的快速模拟。 i*l=xW;bM   2.提供多种激光器组件命令，如透镜（理想的和实际的），透镜阵列，反射镜，棱镜，自适应反射镜，双折射晶体，光栅，谱色散平滑元件，任意形状的光阑，光纤以及各种结构的波导等，可以快速建立激光器模型。 -c8h!.Q$   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。 Jm=3%H   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。 TyO ]|Q5   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。 BV<_1WT}   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 KKk<wya&O   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 *B4OvHi)'   kb$Yc)+R4   GLAD基本版的功能： ;|\j][A   9Pvv6WyKy   □ 整合环境设计区(IDE) L   `E;xI v|   □ 简单或复杂激光束追迹 b$Ei>%'/";   fM& fqI   □ 相干和非相干交互作用 iqoMQ7%   2I suBX\[   □ 非线性激光增益模型 2ETv H~23   0WZd$   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 wg k[_i   3it*l-i\   □ 任意形状的光阑 eF0FQlMe[   r0f&n;0U4   □ 近场-和远场-衍射传输分析 %Ze7 d&   D1ik*mDA=   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 n[;)(   Q4Wz5n1yp7   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 jc32s}/H   iig4JP'h   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 ]w*` }   RHd no C   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) -jNnx*   "Qc4v@~)   □ 透镜和反射镜数组 3:w_49~:~   !gsrPM   □ 变量数组，可达1024x1024 YHgNL LZ?   ]2&RN@    □ 方形数组和可分离的衍射理论 f6(1jx"   <}xgp[O   □ 多重，独立的激光束追迹传输 `Y!8,(5#   =Y ^K    □ 自动传输技术控制 \,m*CYs`   O#!|2qN   □ 薄片增益模型 Q"!GdKM   G `eU    □ 全局坐标系统 6h) &h1Yd   9%Vy,   □ 任意的反射镜位置及方位设置 qm9=Ga5   [k%u$   □ 几何像差 Tqs|2at<t   &\ad.O/Q   □ 大Fresnel数系统模拟 :"nh76xg<   44k8IYC*o   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) lN"@5(5%   p? w^|V   □ 相位共轭(phase conjugation) vXM{)    3 l j^I   □ 极化模型 sw:a(o&$   M 4 }))   □ 部分相干光模型 @d0~'_vtB   7 > _vH]   □ ABCD传输 <jaQ0S{|   s`yg?CR`,   □ 光纤光学和3-D波导 McbbEs=)   >~'z%   □ 二元光学(binary optics)和光栅 lQRtsmZ0   [_ KOU2   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 XKOPW/   K|D1   □ M-平方因子评价 fU.z_T[@   [s] ZT   □ 相位修正的优化 Xe\v6gbD   <&((vrfa   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) >C5u>@% 9O   bq8h?Q   GLAD Pro增加的功能： M`* BS   cQ`0d3   □ 非线性光学： ~?iQnQYI   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) S*76V"")   2.倍频 EAC I>   3.自聚焦效应(self-focusing effects) h>Z`&   SC3_S.   □ 激光过程： ^ME'D   1.速率方程增益模型(rate equation gain) *vqUOh   2.激光起振和Q-switching S`TQWWQo;   rodqa   □ 优化： /z}b1m+   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) 4`o<e)c3   2.使用者自定义评价函数(merit function) Le/}xST@   3.任何的系统参数都能进行优化 \lwLVe   D'%O<.m   □ 几何光学： 7^d7:1M   1.精密表面配合光线追迹 e)XnS'   2.透镜组的定义和分析 XBcbLF   ;R@D   □ 大气效应： [;~"ctf{   1.Kolmogorov扰动 E>r7A5Uo   2.热致离焦(thermal blooming) Wn?),=WQ{   .Ep&O#   典型案例图示 s+=':Gcb(C   bV"t;R9   任意形状的光阑 *|@386\   /?S^#q>m%   LEX @hkh   )NqRu+j   S形光纤波导 _lm^v%J$   EiZa,}A   bg)}-]u]   &zP>pQr`#   空间光耦合进入光纤 )dJx82" l   $ 1m}lXk   ^oW{N   YJ~ mcaw   二元光学元件 Ua=r24fy   /fAAQ7   5 9+KOQul6   N8J(RR9O   剪切干涉仪 h b8L[ 4   MhB>bnWXR   3od16{YH   0y+i?y 9   大气热晕 1Lp; LY"_   [Q/kNK   H4sc7-   "I9r>=   谐振腔分析 Io&HzQW^a   q[/pE7FL   $~ %h4   ,g,Hb\_R)   模式竞争 "{Y6.)x   _c5*9')-)   n.C5w8f   qL[SwEc   调Q激光器输出特性 Q7tvpU   hr hj4   A(cR/$fn6   #l7v|)9v

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