GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

z HvE_-   软件简介 4H(8BNgzV   ;Ce?f=4   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。 t0jE\6r   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。 k*n~&y:O   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。 :o~'\:/   4sntSlz)~k   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。 !'~Ldl   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。 ap'La|9t>   :IBP "   功能特性 V8):!   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： _@y uaMoW=   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。 u:lBFVqk   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。 AWi>(wk<   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。 $ZGup"z)   4.提供多种诊断函数，通过调用这些函数可以计算任意光场的参数，如Strehl比，M2因子，光束的半高全宽，环围能量（可聚焦能力的一个重要的衡量参数），输出光束的像差特性（拟合出Zernike多项式的系数），波前的RMS值，光学传递函数（OTF），光学系统的Rayleigh范围以及位置等。 Sir1>YEm   5.在非线性特性方面的模拟具有非常显著的优势，是目前唯一能够涵盖几乎所有非线性特性的物理光学模拟软件。可以模拟的非线性过程包括：各种增益过程（包括CO2增益模型、BEER定律增益模型、半导体增益模型、三能级系统模型、速率方程模型），自聚焦过程，倍频过程，和频过程，四波混频过程，Raman放大过程，大气湍流引起的热晕过程。 xEurkR   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 ;4ybkOD   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 R6BbkYWrX   z,$uIv }'@   GLAD基本版的功能： (3mL!1\   }~|`h1JF   □ 整合环境设计区(IDE) Jz>P[LcB   .%{B=_7   □ 简单或复杂激光束追迹 [ i,[^   Pg8boN]}   □ 相干和非相干交互作用 @wa"pWx8   _hyqHvP   □ 非线性激光增益模型 |n)4APX\Q   !L{mE&   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 |9%~z0   HZ%V>88   □ 任意形状的光阑 <uv`)Q9   2w3LK2`ZL   □ 近场-和远场-衍射传输分析 vT0Op e6m   G#e]J;    □ 稳态和非稳态谐振腔模型 d@g29rs   gJX"4]Ol#}   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 }a[]I%bu2   $(;Ts)P   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 5I2 h(Td   )K@D4sl   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) 7Z`4Kdh .   |v%$Q/zp&   □ 透镜和反射镜数组 -rI7ihr*   8tR6.09'   □ 变量数组，可达1024x1024 1Z)P.9c   SQ> Yf\   □ 方形数组和可分离的衍射理论 ]gVA6B?&9   ^i#0aq2}   □ 多重，独立的激光束追迹传输 /klo),|&   jd ;)8^7K   □ 自动传输技术控制 SF*mY=1   9)]`le   □ 薄片增益模型 Jj[3rt?8   l![79eFp   □ 全局坐标系统 NR(rr.   ,"`3N2!Y}   □ 任意的反射镜位置及方位设置 *~6]IWN`   yW1N&$n   □ 几何像差 ,&4 [`d   Gdb0e]Vt+   □ 大Fresnel数系统模拟 Y=<ABtertS   @HMH>;haE   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) !p+rU ?   OfBWf6b   □ 相位共轭(phase conjugation) 6x(b/`VW   -u%o);B   □ 极化模型 rwUhNth-Qh   D[@-`F   □ 部分相干光模型 )E=B;.FH   y@*4*4 6v   □ ABCD传输 .aa7*e   |>U<EtA"   □ 光纤光学和3-D波导 ~l'[P=R+8   @(a~p   □ 二元光学(binary optics)和光栅 Pfvb?Hy   ( zm!_~1   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 /rD9)   4%nK0FAj   □ M-平方因子评价 0K^@P#{hd   l>`S<rGe   □ 相位修正的优化 sOWP0xY   otjT?R2g'   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) u SZfim@Z7   j^8Hjg   GLAD Pro增加的功能： w\d1   w].DLoz   □ 非线性光学： 78xiT   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) %iIr %P?   2.倍频 +gndW   3.自聚焦效应(self-focusing effects) -6F\=   L)|hjpQ   □ 激光过程： u8A,f}D 3   1.速率方程增益模型(rate equation gain) f~=e   2.激光起振和Q-switching /8_x]Es/   fF/;BSq'   □ 优化： r7U[QTM%   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) _pS)bxw   2.使用者自定义评价函数(merit function) -y&>&D   3.任何的系统参数都能进行优化 :WH0=Bieh   ;2BPEo>z9   □ 几何光学： GF<SQHL,   1.精密表面配合光线追迹 p'/%"   2.透镜组的定义和分析 #CeWk$)m   :]\-GJV5   □ 大气效应： 9~f RYA*   1.Kolmogorov扰动 V^G+_#@,,   2.热致离焦(thermal blooming) 2+(SR.oGq   K)`l >o1   典型案例图示 ABtv|0K   ]a~gnz&1   任意形状的光阑 0#ePg6n   2rP!]   SV2\vby}C   2F1Bz<   S形光纤波导 G\f:H%[5[   w~9Y=|YI7   z*^vdi0   v'y<}U   空间光耦合进入光纤 GV)DLHiyxX   y7R{6W_U>   .#e?[xxk   F JxH{N6a   二元光学元件 Wc##.qU   [QT H~   3AuLRI   :bp8S@   剪切干涉仪 olDzmy(=W*   NydoX9   -S$Y0FDV   zv\T;_   大气热晕 g7LS   ~ln96*)M;   QfU{W@!h   ?0+J"FH# W   谐振腔分析  D z>7.'3   +-:G+9L@   ~{yQsEU   2I~a{:O   模式竞争 4L6'4t"s   ]:]w+N%7   /{X2:g{   QW@`4W0F   调Q激光器输出特性 {D8[pG%z   v|r#   (>x_fDv   0(!=N1l

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