GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

tG/aH%4S   软件简介 z^r|3;   <}d/v_+pnh   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。 v"rl5x   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。 !g8*r"[UJ   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。 (vKI1^,   Rho5s@N7   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。 L?!$EPr   GLAD的应用领域包括：（1）包含传统光学元件，如各种透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析；（2）光束质量的分析和评价；（3）二元衍射光学元件的分析；（4）各种波导的分析；（5）激光系统的分析：无源腔性能分析，含各类增益介质的有源腔分析；（6）多种非线性过程的模拟；（7）偏振效应分析。 Y;} 2'"   h1#S+k   功能特性 =yo{[&Jz   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： RU6KIg{H   1.理论基础是衍射光学，通过分步傅立叶方法实现衍射传输和非线性现象（含增益）的模拟。并将物理光学和几何光学有机结合起来，实现对复杂系统的快速模拟。 2B^~/T<\   2.提供多种激光器组件命令，如透镜（理想的和实际的），透镜阵列，反射镜，棱镜，自适应反射镜，双折射晶体，光栅，谱色散平滑元件，任意形状的光阑，光纤以及各种结构的波导等，可以快速建立激光器模型。 K"L_`.&Q   3.准确模拟激光器谐振腔的特性，如输出的激光模式，输出功率与泵浦光之间的变化关系。通过改变谐振腔的参数（如腔镜的曲率半径、通过率、位置参数），可以观察这些因素对于输出模式、输出能量的影响。 ``!GI'^   4.提供多种诊断函数，通过调用这些函数可以计算任意光场的参数，如Strehl比，M2因子，光束的半高全宽，环围能量（可聚焦能力的一个重要的衡量参数），输出光束的像差特性（拟合出Zernike多项式的系数），波前的RMS值，光学传递函数（OTF），光学系统的Rayleigh范围以及位置等。 /|?F)%v\   5.在非线性特性方面的模拟具有非常显著的优势，是目前唯一能够涵盖几乎所有非线性特性的物理光学模拟软件。可以模拟的非线性过程包括：各种增益过程（包括CO2增益模型、BEER定律增益模型、半导体增益模型、三能级系统模型、速率方程模型），自聚焦过程，倍频过程，和频过程，四波混频过程，Raman放大过程，大气湍流引起的热晕过程。 G]4OFz+   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 0Q'v HZ"   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 5:UyUB   u)v$JpNE   GLAD基本版的功能： /}=a{J   `)$`-Pw*   □ 整合环境设计区(IDE) "A;s56}'&   .)7:=   □ 简单或复杂激光束追迹 c5("-xB   atyu/+U'}   □ 相干和非相干交互作用 &UL_bG}   JkU1daTe   □ 非线性激光增益模型 {b1UX9 y   ] =x\b^   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 '<7S^^ax   MAnp{   □ 任意形状的光阑 G+VD8]!K1   ,)zt AFn =   □ 近场-和远场-衍射传输分析 D{cZxI   JS!*2*Wr   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 \5~;MI.Sq   t,h{+lYU   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 o-z &7@3Hu   94Ud@F9d5   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 7d;pvhnH   @uM EXP   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) JB^Q\;$   i.y=8GxY   □ 透镜和反射镜数组 'tm$q/&   UQI f}iR   □ 变量数组，可达1024x1024 K'aWCscM   .wy$ -sG81   □ 方形数组和可分离的衍射理论 2+.18"rvi   vc8?I."?   □ 多重，独立的激光束追迹传输 ~zF2`.   f@@s1gdb   □ 自动传输技术控制 xx }GOY.J   +?[BU<X6u   □ 薄片增益模型 7J|&U2}c   iY~rne"l   □ 全局坐标系统 ``u:l L   rwSbqL^eM   □ 任意的反射镜位置及方位设置 d"ZU y!a   *5OCqU+g   □ 几何像差 zE|Wn3_sd   ufrqsv]=   □ 大Fresnel数系统模拟 ghAi{@s$)   mI7~c;~   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) \?Mf_   -.iNNM&a   □ 相位共轭(phase conjugation) uP@\#/4u   v+=k-;-   □ 极化模型 uLk]LT   " xR[mJ@U   □ 部分相干光模型 J!TBREK   |c2xy   □ ABCD传输 HjA_g0u   A6{b?aQ   □ 光纤光学和3-D波导 g=l:cVr8y   u6Je@e_!   □ 二元光学(binary optics)和光栅 fD4ICO@   !kL> ,O>/   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 QI}E4-s8   Xsuwa-G!5~   □ M-平方因子评价 Pc_VY>Ty   ` ;)ZGY\   □ 相位修正的优化 '91".c,3?   A8DFm{})c   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) fuX'~$b.fA   "D][e'   GLAD Pro增加的功能： ROc`BH=   r~7:daG*   □ 非线性光学： Hkd^-=]]no   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) z[EFQ^*>   2.倍频 {9LWUCpsf   3.自聚焦效应(self-focusing effects) jS<_ )   'ZP)cI:+X   □ 激光过程： 831JwSR   1.速率方程增益模型(rate equation gain) -\,zRIOK   2.激光起振和Q-switching OGO~f;7   XYEv&-M`?w   □ 优化： TDt Amk   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) en*d/>OVJ   2.使用者自定义评价函数(merit function) E?)656F[   3.任何的系统参数都能进行优化 k\`S lb1   o<i,*y88   □ 几何光学： 9QC.TG@   1.精密表面配合光线追迹 c#/H:?q?a   2.透镜组的定义和分析 H1EDMhn/   sEc;!L   □ 大气效应： Vz=auM1xZ   1.Kolmogorov扰动 I97yt[,Yy   2.热致离焦(thermal blooming)  #^#HuDH   8,"yNq   典型案例图示 ANi)q$:{   O) atNE   任意形状的光阑 ~b~2 >c9   :9t4s#.   g'$tj&Vk:   MrRaU x6z   S形光纤波导 ~lAKJs#{   9W ^xlid6   WjSc/3Qy   jE2}p-2Q0   空间光耦合进入光纤 ;)AfB#:d   c]-*P7W   LwcIGhy   DL'iS   二元光学元件 e4>"92hX   M<PIeKIEB   ``VW;l{   "es?=   剪切干涉仪 _PFnh)o   q@hzo>[   Kf tgOG f   b75$?_+   大气热晕 DV)3   !TM*o+;   yS(}:'`r   KnhoaBB   谐振腔分析 ^~`?>}MJ   Fs_]RfG   zq+o+o>xo   0|&\'{   模式竞争 0& >H^   1923N]b   ("~DJ=   7\]E~/g   调Q激光器输出特性 ;5-r_D;9   )SryDRT   c~QS9)=E   0:0NXVYs&

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