GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

;x@~A^<el   软件简介 }d}Ke_Q0   [^98fAlz6   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。 ^RtIh-Z.9   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。 r #cGop]   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。 d,n 'n   wT8DSq   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。 g~A`N=r;h   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。 K}MK<2vU   ByNn   功能特性 T <ET ) D7   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： o="M   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。 W+ko q*P   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。 oHn Ky[1   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。 >_"an~Ss   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。 xRLT=.ir   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。 'Xq|Kf (   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 V/I<g   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 O*)Vhw'pK   PKg@[<g43   GLAD基本版的功能： |_aa&v~   &H/'rd0M   □ 整合环境设计区(IDE) !_'ur>iR   MC.)2B7   □ 简单或复杂激光束追迹 Lh b35;\   LR.<&m%~.   □ 相干和非相干交互作用 2?ez,*-[   )g#T9tx2D   □ 非线性激光增益模型 WX|`1b   }.m<   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 pm0{R[:T7   JL}_72gs   □ 任意形状的光阑 +V046goX W   *Y7u'v   □ 近场-和远场-衍射传输分析 .Una+Z   RF53Jyt   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 9BBmw(M}   ( !fKNia@S   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 peuZ&yK+"   EPM -df!=   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 k(7&N0V%zz   F {4bo$~>   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) >T3-   F]]]y5t   □ 透镜和反射镜数组 4`]^@"{   hwBfdZ   □ 变量数组，可达1024x1024 dkBIx$t   &zeyE;/Hj   □ 方形数组和可分离的衍射理论 e95Lo+:f   Yz"#^j}Kg   □ 多重，独立的激光束追迹传输 j8{i#;s!"   ?5|>@>   □ 自动传输技术控制 suiS&$-E   .A{tQ1&_   □ 薄片增益模型 Ed,~1GanY   pVw}g@<M   □ 全局坐标系统 ju8q?Nyhs   >xYpNtEs   □ 任意的反射镜位置及方位设置 )<;Y-u.UW   KNpl:g3{<Q   □ 几何像差 _] sn0rX   >#~& -3   □ 大Fresnel数系统模拟 A) %/[GD2   xU>WEm2   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) 7#ibN!   Ou!2[oe@M   □ 相位共轭(phase conjugation) LW'D?p#   T?soJ]A   □ 极化模型 }c`"_L   `maKN\;   □ 部分相干光模型 %x{kc3PnO   o_Z5@F   □ ABCD传输 K'Tm_"[u   %.Fi4}+O   □ 光纤光学和3-D波导 RJ ||}5   NI}yVV   □ 二元光学(binary optics)和光栅 K>r,(zgVc   5k3b3&   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 l7259Ro~   +N9X/QFKV   □ M-平方因子评价 EQyC1j   )oDHeU<&   □ 相位修正的优化 % X+:o]T   ;R5`"`   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) qL&[K>2z   DV+xg3\(>1   GLAD Pro增加的功能： $@Rxrx_@M   YEs&   □ 非线性光学： g\(G\ tnu>   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) 4(~L#}:r!   2.倍频 DiScFx|rE   3.自聚焦效应(self-focusing effects) EXw o,?I   V!ZC(   □ 激光过程： nntuLuW   1.速率方程增益模型(rate equation gain) ?(y*nD[a   2.激光起振和Q-switching 3n1;G8Nf   C:* *;=.   □ 优化： ?m=N]!n   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) +EAsW(F1   2.使用者自定义评价函数(merit function) FLCexlv^   3.任何的系统参数都能进行优化 `PdQX.wN   wd^':   □ 几何光学： a %'the   1.精密表面配合光线追迹 u\x}8pn   2.透镜组的定义和分析 :P\7iW   6BHXp# #z   □ 大气效应： +L|?~p` V   1.Kolmogorov扰动 G<8/F<m/   2.热致离焦(thermal blooming) Gg3,:A_ w   nFg~< $d   典型案例图示 dA`IEQJL   88gM?G _X   任意形状的光阑 -M~:lK]n   -.@r#d/   kr5">"7   Uq,^Wy   S形光纤波导 }wjw:M   ;Ax }KN7   fZzoAzfv2   gA+qC7=p$   空间光耦合进入光纤 `$<.pOm   <8i//HOE   S6M}WR^,   mPK:R^RjG&   二元光学元件 eIEeb,#i   E *6Cw l   qI9z;_,gNz   IH&|Tcf\   剪切干涉仪 nH'e?>x~e   _LUhZlw    b:m88AG   sPQQ"|wU   大气热晕 $}q23   m@F`!qY~Y\   bMu+TgAT,   Y%aCMP9j~9   谐振腔分析 @|m/djN5x   #ut   v2\FA(BPn   _QE qk@ql   模式竞争 G1tY)_-8[   y0.'?6k   J26VnK   \gGW8Q;   调Q激光器输出特性 a=1@*ID   ;_I8^?d   vjCu4+w($Z   <CiSK!

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