GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

QGnUPiD ^   软件简介 ,S&p\(r.   pR!m   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。 @CKMJ^#|   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。 g2YE^EKU~   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。 ?JR?PW8   N^'(`"J s   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。 .cr<.Ov   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。 NOl/y@#    s@*i   功能特性 !#PA#Q|cO   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： @u: q#b   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。 ?2K~']\S   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。 2|${2u`$&y   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。 5 axt\   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。 n9V8A[QJ   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。 ^$y`Q@-9   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 5dL!e<<   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 96%N   VL$?vI'   GLAD基本版的功能： Z OqD.=O(   !j9(%,PR   □ 整合环境设计区(IDE) 5YXMnYt9   Sd\oL*lN   □ 简单或复杂激光束追迹 & z5:v-G?   yp<)v(8|'   □ 相干和非相干交互作用 Ba76~-gK$   l7(p~+o?h>   □ 非线性激光增益模型 vtRz;~,Z   n]3Z~HoZ   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 D 75;Y;E   J>fq5   □ 任意形状的光阑 a@!O}f*   e+y% M   □ 近场-和远场-衍射传输分析 N"zl7.E   p@wtT"Y   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 ?8q4texf[   ogoEtKi   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 B +2.:Zn6   /Y[ b8f   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 S U(J    k.\4<}   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) 8L*#zaSAf   DKG;up0   □ 透镜和反射镜数组 -$`q:j   G#6O'G N   □ 变量数组，可达1024x1024 0<nW nD,z   y_T%xWK5   □ 方形数组和可分离的衍射理论 <4N E)!#   WmE4TL^8?   □ 多重，独立的激光束追迹传输 \(U|&   uIR    □ 自动传输技术控制 ix 5\Y   ^CB@4$!    □ 薄片增益模型 @Suww@<   6ciA|J'MR   □ 全局坐标系统 jIWX6   9-y<= )   □ 任意的反射镜位置及方位设置 Jjh=zxR>   J$&2GAi   □ 几何像差 ^%qQ)>I=j   3Q_)Xs r`   □ 大Fresnel数系统模拟 I<S*"[nV   |2I/r$Q   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) [V0%=q+R   +l<;?yk:;   □ 相位共轭(phase conjugation) ^vTp.7o~5   DOq"=R+   □ 极化模型 unyU|B   2 y&k   □ 部分相干光模型 z/i&Lpr:   hjp,v)#   □ ABCD传输 wLo<gA6;   vh^?M#\   □ 光纤光学和3-D波导 x'V:qv*O   Jv~^hN2   □ 二元光学(binary optics)和光栅 ty8E;['   J$,bsMIX   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 8>(/:u_x   &Vg)/t;   □ M-平方因子评价 zn5|ewl@"   'Ge8l%p   □ 相位修正的优化 qG#ZYcVec   "1hFx=W+\   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) MkM`)g 5   8 LsJ}c   GLAD Pro增加的功能： _:!7M^IU   2QKt.a   □ 非线性光学： l2kUa'O-   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) |zOwC9-6   2.倍频 x(A6RRh   3.自聚焦效应(self-focusing effects) LPkl16yZ   <,Jx3yq   □ 激光过程： [f=Y*=u9,   1.速率方程增益模型(rate equation gain) `?SLp   2.激光起振和Q-switching I~,bZA   4 Z&KR<2Z   □ 优化： <BK?@Xy   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) [!`5kI   2.使用者自定义评价函数(merit function) ;+lsNf   3.任何的系统参数都能进行优化 /$|-!e<5b\   ~g*5."-i   □ 几何光学： Nu+DVIM   1.精密表面配合光线追迹 "1rT> ASWI   2.透镜组的定义和分析 igF<].'V   |]b,% ?,U   □ 大气效应： b T** y?2   1.Kolmogorov扰动 ~F>'+9?Sn   2.热致离焦(thermal blooming) 2j$~lI   WpC9(AX5g   典型案例图示 dyl1~'K^   Myh?=:1~(c   任意形状的光阑 EEiWIf&S,   uz;eYD   @su!9]o   @6H7   S形光纤波导 *C.Kdf3w   j)#GoU=w   i_av_I-   \9]-(j6[H   空间光耦合进入光纤 ~Jlq.S'   uS!V_]   .>F pk7   r"dR}S.Uf   二元光学元件 X=Jt4 h9   `k(m2k?   9rT"_d#   4K,S5^`Gx   剪切干涉仪 ts r{-4V   xp*d:   uYijzHQyD   ~w}=Oby'y   大气热晕 M*aYcIU((   w7f)v\p   kkXe=f%   gOy{ RE   谐振腔分析 @?& i    BJ{?S{"6%G   t|*UlTLm   18]Q4s8E   模式竞争 6rlvSdB   2m9qg-W   +P.JiH`\=   VREDVLQT   调Q激光器输出特性 0f9U:)1z   )M@^Z(W/a   15MKV=?oY   =nlj|S ~3

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