GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

oW5Ov   软件简介 &ir|2"HV   I[6ft_*   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。 bJ"}-s+Dx   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。 +F ?}<P_v   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。 e**<et.   /n2qW.qJ>   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。 &wX568o   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。 aMJW__,    ;b5^)S   功能特性 DL*&e|:q   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： Yu}[RXC(=   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。 <Fi* wV   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。 | |u   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。 }Ug O$ 1   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。 * lJ kk   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。 Ueu~803~   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 h ^.jK2I   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 {/|tVc63   z j F'CY   GLAD基本版的功能： )Z*nm<=   cCx_tGR"   □ 整合环境设计区(IDE) 0;L.h|R T(   H -K%F_#   □ 简单或复杂激光束追迹 y&W3CW\:   +gyGA/5:d$   □ 相干和非相干交互作用 z41v5rB4   2M>`W5   □ 非线性激光增益模型 +MtxS l   @iU(4eX   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 DC~1}|B"   Eb7GiRT#   □ 任意形状的光阑 M+VAol}1   uC! dy   □ 近场-和远场-衍射传输分析 >|pN4FS   +,_%9v?3   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 0m,q3   aF{1V\e   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 )*L =$0R   [VE>{4]W   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 p =[SDk`   3Ct:AJeg   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) _l +8[\v   k#n%at.g   □ 透镜和反射镜数组 !A:d9 k   Nwg?(h#   □ 变量数组，可达1024x1024 Ltk-1zhI   d/[kky}   □ 方形数组和可分离的衍射理论 i~LY   qi['~((   □ 多重，独立的激光束追迹传输 C{>dE:*K^   G+t=+T2m   □ 自动传输技术控制 d[YG&.}+8j   **.g^Pyc   □ 薄片增益模型 ]wUH*\(y   iB}*<~`.Eg   □ 全局坐标系统 c5Hyja=   7$v_#ZE.H   □ 任意的反射镜位置及方位设置  Cwl:   bZ#5\L2   □ 几何像差 f#\Nz>tOhE   3i#'osq   □ 大Fresnel数系统模拟 +q%b '!&Q   92ngSaNC   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) oS~;>]W   k#-%u,t   □ 相位共轭(phase conjugation) p~v0pi   ? U* `!-   □ 极化模型 M6j~`KSE   }S;A%gYm   □ 部分相干光模型 #S(b2LEc   &@${@   □ ABCD传输 tF6-@T\6   AzVv-!Y   □ 光纤光学和3-D波导 |'j,|^<   }/4),W@<   □ 二元光学(binary optics)和光栅 ('2Z&5   DUwms"I,%   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 BZ(DP_}&D   4Ik'beZqK   □ M-平方因子评价 !R![:T\,   W^pf 1I8[   □ 相位修正的优化 (|pM^+   R7A:K]iJ5   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) 6#Rco%07zI   vSY YetL   GLAD Pro增加的功能： S~ >R}=   T!i$ nI&   □ 非线性光学： yG;@S8zC   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) ltKMvGEF   2.倍频 %/d1x   3.自聚焦效应(self-focusing effects) ,20l` :   f@k.4aS   □ 激光过程： ^b4i9n,t1   1.速率方程增益模型(rate equation gain) 0lOR.}]q   2.激光起振和Q-switching  `fE'$2   {q^UWv?1   □ 优化： D^}2ilk!   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) u'^kpr` y   2.使用者自定义评价函数(merit function) \uO^wJ}   3.任何的系统参数都能进行优化 #N;&^El   cgO<%_l3`   □ 几何光学： @1i<=r   1.精密表面配合光线追迹 mW~*GD~r   2.透镜组的定义和分析 6  $`l   5vLA)Al3   □ 大气效应： 4_# (y^9   1.Kolmogorov扰动 zN=s]b= /   2.热致离焦(thermal blooming) 8A}<-?>   2%*\XPt)   典型案例图示 yF1p^>*ak&   13*S<\   任意形状的光阑 TM|PwY   <AK9HPxP   9aX!<Z   QK hGEW~G   S形光纤波导 $/$Hi U`.   wk{]eD%   aMVq%{U   s< Fp17   空间光耦合进入光纤 CSz+cS   2.\"Q   SbQ:vAE*ho   y.s\MWvv>u   二元光学元件 -wf>N:   oS}fr?   U$S{j&?   m77!i>V)   剪切干涉仪 G(ZEP.h`u   `sgW0Uf   "{trK?-8%   u \<APn   大气热晕 A8o)^T(vJ   "rfBYl`   !Rgj'{   8'NT_NPNb   谐振腔分析 x 0#u2j?zj   t<j_` %`8   4Xww(5?3    n&a\mGF   模式竞争 9M;Y$Z   gVy`||z   a7=lZZ?   VF b   调Q激光器输出特性 Wyow MFp   -F 9xPw   [_}8Vv&6   I*$-[3/

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