GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

ps"DL4*   软件简介 Rz1&(_Ps   EAU6z(X$   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%H%z~Rl#   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。 ^4_)a0Kcm,   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。 XP<wHh   hm>JBc:n-   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。 Z9mY*}:U~   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。 eKNZ?!c=   .{x-A{l   功能特性 7udMF3;>   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： zE5%l`@|o   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。 @dQIl#   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。 * F%Wf   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 #W,}+_Sz   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。 l=U@j T   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。 %mPIr4$Pg   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 ) #zc$D^U   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 okJ+Yl.[?7   m!5P5U x   GLAD基本版的功能： XRCiv    x?Doe`/6?   □ 整合环境设计区(IDE) f/RzE   72R|zR   □ 简单或复杂激光束追迹 hIu;\dfwk   Tz3 L#0:j   □ 相干和非相干交互作用 0gw0   :@{(^}N8u   □ 非线性激光增益模型 &{NN!X   -jdS8n4   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 X&fM36o7   St9W{   □ 任意形状的光阑 z^+f3-Z   $L_-U~^   □ 近场-和远场-衍射传输分析 A#$oY{"2Y   4Ei*\:   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 u)PB@   YKKZRlQo   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 0(A`Ia   5xe}ljo   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 -/rP0h5#   F7lhLly   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) reJw&t}Q   ^.)oQo SE   □ 透镜和反射镜数组 Bee`Pp2   esU9   □ 变量数组，可达1024x1024 "C%<R   m/uBM6 SXx   □ 方形数组和可分离的衍射理论 NovF?kh2   ,Bax0p   □ 多重，独立的激光束追迹传输 =aZgq99   LdnHz#   □ 自动传输技术控制 QG {KEj2V   _Y@vO   □ 薄片增益模型 vFm8T58 7   %0l'Nuz   □ 全局坐标系统 b>SG5EqU@   KGb:NQ=O6i   □ 任意的反射镜位置及方位设置 )(yD"]co   koDIxj'%X   □ 几何像差 {7swE(N   Qc1NLU9:   □ 大Fresnel数系统模拟 ChzKwYDY   D*.U?   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) __N< B5E   3 NU{7,F   □ 相位共轭(phase conjugation) shlMJa?   LkYcAY$w   □ 极化模型 1;8=,&   ramYSX@   □ 部分相干光模型 QS(aA*D    *|WS,   □ ABCD传输 [`pp[J-~7   SR)jJ=R3   □ 光纤光学和3-D波导 ou8V7   <&JK5$l<X   □ 二元光学(binary optics)和光栅 %S*<2F9   w]<V~ X   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 [ye!3h&]   khFr%u ?S   □ M-平方因子评价 ]mIcK   ~4gOv   □ 相位修正的优化 n}0n!Pr^   {3,_i66   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) K9-;-{qb   0xE37Ld,   GLAD Pro增加的功能： >?3yVE   !@>_5p>q*   □ 非线性光学： GZ=7)eJ~<   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) ctg U   2.倍频 ]k+XL*]'A   3.自聚焦效应(self-focusing effects) &.W,Hh   l-^2 >K[   □ 激光过程： lL8 pIcQW   1.速率方程增益模型(rate equation gain) /wAx#[c[   2.激光起振和Q-switching ky4;7R K   f6/<lSoW   □ 优化： hSAdD!   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) {L6@d1u   2.使用者自定义评价函数(merit function) J!{"^^*   3.任何的系统参数都能进行优化 /;5U-<qf   0FN;^hP5|   □ 几何光学： t+9[ki   1.精密表面配合光线追迹 >T{Gl/? p   2.透镜组的定义和分析 QK~44;LVIJ   5:R$xgc   □ 大气效应： F#b^l}   1.Kolmogorov扰动 c/Dk*.xy<   2.热致离焦(thermal blooming) mYUR(*[   1R-1#<a>&   典型案例图示 8NF93tqD6   q\DN8IJ   任意形状的光阑 -G'U\EXT   hZZ   ,r5'nDV=d   (r6'q0[   S形光纤波导 fk*I }pDx   c/6   % _.kd"   eW<|I   空间光耦合进入光纤 |lDxk [   \=1$$EDS9   %[cZ,F=   UWXl c   二元光学元件 "1P[D'HV4|   \k4em{K   XJZ\ss   M&[bb $00j   剪切干涉仪 !{1;wC(b   c1ga{c`Z   K0aT(Rc e   WrHY'   大气热晕 A:$4cacu9   WqO4_;X6/   Xi~7pH   :{LNr!I?I   谐振腔分析 ROhhd.   +^<s'   @fQvAok   MvKr~   模式竞争 Zxw cqN   ;x|7"lE   fsjCu!   ZX8AB   调Q激光器输出特性 %y {'p:   M!wa }   v]GQb   rRvZG&k

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