GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

?=]`X=g6   软件简介 I)E+   oAX-Sg-/$   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。 _dj<xPO   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。 W>Y8 u8   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。 z[DUktZl   PXcpROg56   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。  U&PAs e   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。 J'4{+Q_pa   ^lT $D8   功能特性 ,9q=2V[GP   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： f- pt8   1.理论基础是衍射光学，通过分步傅立叶方法实现衍射传输和非线性现象（含增益）的模拟。并将物理光学和几何光学有机结合起来，实现对复杂系统的快速模拟。 N:!XtYA<   2.提供多种激光器组件命令，如透镜（理想的和实际的），透镜阵列，反射镜，棱镜，自适应反射镜，双折射晶体，光栅，谱色散平滑元件，任意形状的光阑，光纤以及各种结构的波导等，可以快速建立激光器模型。 +(5H$O{h   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。 V; 1r   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。 a}a_&rf~Z   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。 _=jc%@]1y   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 >\K<q>*   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 Qw^nN(K!>   |EaGKC(    GLAD基本版的功能： - vI?b#   !arcQ:T@G   □ 整合环境设计区(IDE) -[s*R%w   k0?4vA   □ 简单或复杂激光束追迹 g# :|Mjgh   9U6y<X   □ 相干和非相干交互作用 FpE83}@".w   9Ps:]Kp!vN   □ 非线性激光增益模型 ,JT|E~P?8   )$yqJ6y5   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 Hjli)*ev   .9> er   □ 任意形状的光阑  x;LyR   f3U#|(%(*   □ 近场-和远场-衍射传输分析 E$/`7p8)   71cc6T   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 mwCNfw b:   B4R!V!Z*   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 uJMF\G=nb   88h-.\%Z   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 iwCnW7:   H|T:_*5   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) _< 69d   2Ua_7   □ 透镜和反射镜数组 *(L4 rK\2   h|dVVCsN   □ 变量数组，可达1024x1024 GY<Y,   jt tlzCDn   □ 方形数组和可分离的衍射理论 =ALy.^J=   ,]~iIoTi   □ 多重，独立的激光束追迹传输 C;wN>HE   JJ,Fh .   □ 自动传输技术控制 n<\^&_a   :q;vZ6Xd   □ 薄片增益模型 u~Q0V J~   KwWqsuju   □ 全局坐标系统 G-Z_pGer^   %B3E9<9>U   □ 任意的反射镜位置及方位设置 s>~!r.GC   b.h~QyI/W   □ 几何像差 wlC_rRj~   v@`#!iu   □ 大Fresnel数系统模拟 %fh ,e5(LT   6*kY7   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) }0?642 =-   [f.[C5f%"'   □ 相位共轭(phase conjugation) l+bP48   nWbe=z&y8[   □ 极化模型 3w ?)H   iYHD:cg)~   □ 部分相干光模型 %H~q3|z   z>vz XM   □ ABCD传输 l:8gCi   bU=!~W5   □ 光纤光学和3-D波导 QgEG%YqB   X82sw>Y   □ 二元光学(binary optics)和光栅 -&M9Yg|Se   7&:gvhw   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 eek5Xm   hBz~FB];&   □ M-平方因子评价 j3P)cz-0/L   p{t2pfb   □ 相位修正的优化 JV/K ouL   ]Tf.KUm   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) MT$OjH'Q`   f 7y1V(t   GLAD Pro增加的功能： WHvN6   &y mfA{s   □ 非线性光学： 6fY(u7m|p   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) j?+FS`a!   2.倍频 _z)G!_7.>\   3.自聚焦效应(self-focusing effects) Y@TZReb   TPq5"mco   □ 激光过程： I&YYw8&   1.速率方程增益模型(rate equation gain) =JOu pw   2.激光起振和Q-switching V(=~p[   6WgGewn   □ 优化： MH'S,^J   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) 5sM-E>8G^{   2.使用者自定义评价函数(merit function) e~W35Y>A   3.任何的系统参数都能进行优化 g>_6O[;t%   O=MO M   □ 几何光学： ]3NH[&+   1.精密表面配合光线追迹 l\ts!p4f$   2.透镜组的定义和分析 ]H[RY&GY   TRcY!   □ 大气效应： XtNe) Ry   1.Kolmogorov扰动 zW!3>(L/   2.热致离焦(thermal blooming) %8yfFrk   T#|Qexz6 @   典型案例图示  |UZ#2   f/&Dy'OV7   任意形状的光阑 }7IS:"tu   R4_4FEo   Um4 }`   ,6}HAC $   S形光纤波导 C^aP)& qt   AVOzx00U   f%an<>j^w   bkceR>h%   空间光耦合进入光纤 a"b9h{h@   S3MMyS8   B$ +YK%I   z/.x *A=   二元光学元件 ;jfjRcU   6U @3 xU`   !\}Dxt   mSY;hJi   剪切干涉仪 y"]?TEd   W7WHH \L/O   RN5\,>+   Zi|MWaA.f   大气热晕 8 %_XJyg   Agl5[{]E   [0lCb"   w+=>b   谐振腔分析 !<h*\%;   WQ\'z?P   H\Y.l,^   T@U_;v|rf   模式竞争 2_x}wB0P   e=o<yf9>Q   >5% o9$|z   K,&)\r kzD   调Q激光器输出特性 6Hi3h{   Gx|$A+U   -w1U/o.   pZ/x,b#.

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