GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

l3;MjNB^V   软件简介 #RVN7-x   $ #7~   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。 &/{x7;e   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。 hgI;^ia   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。 nI<Ab_EB   r|JZU   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。 Bw* 6X`'Q   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。 yUlYf#`H   gs9VCaIa   功能特性 Fy-|E>@]D   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： ca?;!~%zA   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。 9/4Bx!~A   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。 "6xTh0D   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。 zR6^rq*   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。 .h@HAnmE   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。 :yE7jXB   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 "|%'/p   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 TI^M9;b   W6L}T,epX   GLAD基本版的功能：  mIkc+X   4KT-U6zNx   □ 整合环境设计区(IDE) "M4gl   _do(    □ 简单或复杂激光束追迹 Wz-7oP%;I   =d`/BDD   □ 相干和非相干交互作用 )Qixde>]p   =3<@{^Eg   □ 非线性激光增益模型 g9oYK   ]q|^?C   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 ]Q*eCt;l"K   Hpq?I-g<^   □ 任意形状的光阑 RlnJl Y/   u|uPvbM   □ 近场-和远场-衍射传输分析 @T8$/   iJem9XXb   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 [m{uJdj\   XY1b_uY   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 U8s&5~IPn   ju%t'u\'   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 PXJ`<XM   T!pjv8y@R   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) ? bnhx   7l|D!`BS   □ 透镜和反射镜数组 >5+]~[S   2$%E:J+2:$   □ 变量数组，可达1024x1024 Y~ ( <H e?   _Vf0MU;3f+   □ 方形数组和可分离的衍射理论 EABy<i   O]N 8QH   □ 多重，独立的激光束追迹传输 =x3ZQA   9;k!dM   □ 自动传输技术控制 ! fSM6Vo   E2a00i/9Y   □ 薄片增益模型 D?<R5zp   2Ed   □ 全局坐标系统 2h^9lrQcQG   -L)b;0%   □ 任意的反射镜位置及方位设置 Nq=r404   A-XWG9nL   □ 几何像差 FsyM{LT   Bk9? =   □ 大Fresnel数系统模拟 .<|.nK`6   S|HnmkV66   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) mFu0$N6]H   u"*Wo'3I|   □ 相位共轭(phase conjugation) aO]FQ# l2b   b3RCsIz   □ 极化模型 IoI ,IX]i)   4:S?m(ah/   □ 部分相干光模型  }FoO   >84:1`   □ ABCD传输 i9%cpPrg8   gkN )`/`*   □ 光纤光学和3-D波导 _Bhm\|t   5v@-.p   □ 二元光学(binary optics)和光栅 |rg4j   y8QJ=v* B   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 Z 71.*   Q+] 9Glz9   □ M-平方因子评价 X_nxC6[m%   bRzw.(k0`r   □ 相位修正的优化 f.cQp&&]r   [O52Bn   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) #lHA<jI   W FBVAD   GLAD Pro增加的功能： *U69rbYI   Yo$ xz   □ 非线性光学： g.re`m|Aj   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) c7fQ{"f 3B   2.倍频 u:FFZ   3.自聚焦效应(self-focusing effects) #=* y7w   (T]<   □ 激光过程： ]J%p&y+6   1.速率方程增益模型(rate equation gain) JO `KNI   2.激光起振和Q-switching cii]-%J}c   rIg5Wcd   □ 优化： ^ KeJ=VT   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) QIg.r\>o   2.使用者自定义评价函数(merit function) @Ht7^rz+S   3.任何的系统参数都能进行优化 z#!}4@_i3   2UF ,W]   □ 几何光学： 5lc%GJybV   1.精密表面配合光线追迹 Bh\>2]~@a   2.透镜组的定义和分析 @Pt,N qj :   q0l=S+0   □ 大气效应： f;w7YO+$p9   1.Kolmogorov扰动 >P/Nb]C   2.热致离焦(thermal blooming) &S8Pnb)d   pDg_^ |   典型案例图示 Fu%%:3_   :172I1|7   任意形状的光阑 -!kfwJg8N(   .<Lbv5m   1JIo,7   lW!}OzE(m   S形光纤波导 0Ek+ }`   3bGJ?hpp   GkT:7`|C   y ;$8C   空间光耦合进入光纤 6_s_2cr   HZHzjrx   mimJ_=]DC   covr0N)   二元光学元件 Z?#_3h$"T   EMV<PshW=   !)}3[h0   \VTNXEw*G   剪切干涉仪 G q" [5r"   NPL(5@   2'38(wXn#   d0;$k,   大气热晕 Y)-)owx7   6^oQ8unmS   n]N+   =deqj^&@   谐振腔分析 l|O)B #   !2R<T/9~   <#hltPy h   ^zMME*G   模式竞争 "0nT:!BZ   i09w(k?   ~_z"So'|F_   ,EAf/2C   调Q激光器输出特性 y~w -z4   I.M@we/bR}   /lC&'hT   $8{|25 *E

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