GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

C{i9~80n   软件简介 g`)5g5   q\B048~KK   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@H]c;"   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。 3N'fHy   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。 6evW O!   f?ImQYqP   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。 wc3 OOyP@0   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。 -7^A_ !.   3c"$@W:>   功能特性 6a+w/IO3OU   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： \,w*K'B_Y   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。 Lqt.S|   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。 _e ]jz2j   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。 MpV 3.   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。 >d`XR"_e   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。 acSm+t   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 T,Bu5:@#   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 "funFvY   B]`!L/   GLAD基本版的功能： e~#"#?   & *^FBJEa.   □ 整合环境设计区(IDE) sG/mmZHYzr   +@'{   □ 简单或复杂激光束追迹 U5 ` h   $a.!X8sHB.   □ 相干和非相干交互作用 +s*OZ6i [   OX"^a$   □ 非线性激光增益模型 hnQDm$k   J3]W2m2Zw   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 BZ]6W/0   ')d&:K*M   □ 任意形状的光阑 3f u*{8.XZ   U{IY F{;@   □ 近场-和远场-衍射传输分析 fZ9EE3   p19[qy~.   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 d},IQ,Az:Z   Vv th,   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 kWF/SsE   0{ZYYB&"~J   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 A9*( O)   FS3MR9   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) A `=;yD   7,i}M   □ 透镜和反射镜数组 o -< 5<   !)jw o=l}J   □ 变量数组，可达1024x1024 Dq#/Uw#   jWn!96NhlL   □ 方形数组和可分离的衍射理论 4%8}vCs   U4DQ+g(A   □ 多重，独立的激光束追迹传输 xbh4j!FD$   ZP@or2No%   □ 自动传输技术控制 |x2+O   bYuQ"K A$   □ 薄片增益模型 Q?f%]uGFQ   vybQ}dscn   □ 全局坐标系统 R W=<EF&   wq|~[+y   □ 任意的反射镜位置及方位设置 \2?p   h8b*=oq   □ 几何像差 $/\b`ID   ~R;9a"nr   □ 大Fresnel数系统模拟 hK!Z~   4?#0fK   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) _(CuuP$`I   ?'xTSAn   □ 相位共轭(phase conjugation) pK)*{fC$`   *WSH-*0   □ 极化模型 @S/PB[%S   45Z"U<I,9   □ 部分相干光模型  #RE    u/Os   □ ABCD传输 @WppiZ$   4_CV.?   □ 光纤光学和3-D波导 4Xna}7   kmJ{(y)w   □ 二元光学(binary optics)和光栅 A),nkw0X   2<dl23   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 kzA%.bP|   tMN^"sjf*   □ M-平方因子评价 M7Pvc%\)   U Ox$Xwp5&   □ 相位修正的优化 8 S'g%   ya8 1z4?   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) 9Fe(],AzF   =1dU~B:Lm   GLAD Pro增加的功能： "W_C%elg   oo{5:   □ 非线性光学： 5rAI[r 9   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) VS$ZR'OP0   2.倍频 /h4 ::,   3.自聚焦效应(self-focusing effects) d^"dL" Q6m   xy@1E;   □ 激光过程： m6%csh-N1   1.速率方程增益模型(rate equation gain) +/A`\9QT   2.激光起振和Q-switching *>Z|!{bI   %-~W|Y   □ 优化： @PXb^x#k   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) KRS_6G],{   2.使用者自定义评价函数(merit function) 8:Yha4<Bv7   3.任何的系统参数都能进行优化 ,&S^Ryc   5xZ*U   □ 几何光学： MC.,n$O}6   1.精密表面配合光线追迹 %21i#R`E   2.透镜组的定义和分析 ` [ EzU+   U D9&k^   □ 大气效应： 0phO1h]2S)   1.Kolmogorov扰动 P#o/S4   2.热致离焦(thermal blooming) )7mX]@   o C]tEXJ   典型案例图示 =*q|568   ;H#'9p,2   任意形状的光阑 =e7,d$i   ICNS+KsI   |Rr^K5hmD   O?uT'$GT   S形光纤波导 >3H/~ Y   %0]vW;Q5   "ei*iUBN:   |>(@n{   空间光耦合进入光纤 =RR225   S~1>q+<Q   S7-ka{S   Vp $]   二元光学元件 Si<9Oh   $!c)%qDq   t<O5_}R%d   ;!4Bw"Gg   剪切干涉仪 zr9o   ?iH`-SY   j( |G ) F   eTI<WFRc_   大气热晕 ; Xy\7tx   n{F$,a   .O[RE_j   $'3`$    谐振腔分析 @%L4^ms   .I{b] 6   Sf>R7.lpP   !dfc1UjB   模式竞争 k%\_UYa   `fEB,0j^   \oF79    "|CzQ&e   调Q激光器输出特性 #n^P[Zw   v\*43RL   de{KfM`W;   u7>b}+ak&

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