GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

?5YmE(v7   软件简介 C94UF7al   cD`O+WA2K   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。 6j"I5,-~!   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。 !>2\OSp!   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。 \;:@=9`   pn%|;   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。 aq,)6P`   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。 !4,xQ^    o`8+#+@f7   功能特性 )4_6\VaM   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： _t;VE06Xjs   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。 '/Cz{<,   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。 P"_}F   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。 %V1T!<   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。 kbT-Oz  2   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。 &|\}\+0Z   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 i[\u-TF   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 %3+hz$E   2d;xAX]   GLAD基本版的功能： PM<LR?PLc   iN4'jD^oP   □ 整合环境设计区(IDE) ~5!TV,>ls   g#%FY1xp   □ 简单或复杂激光束追迹 hG;=ci3EE   s 1\BjSzk   □ 相干和非相干交互作用 O#5( U.E   1LIV/l^}f   □ 非线性激光增益模型 RrpFi'R   |j}F$*SE[   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 Eg29|)qsz   N_k6UA9   □ 任意形状的光阑 zomNjy*   X|1YGZJ   □ 近场-和远场-衍射传输分析 _%TeTNY#   *=9#tYn~   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 71&+ dC   ( <JDD]J   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 pvUoed\   NP'DuzC   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 OwIy(ukTI   Jo$Dxa z   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) }~'Wz*Gm   de47O   □ 透镜和反射镜数组 .);:K   A y[L{!)2{   □ 变量数组，可达1024x1024 T|2%b*/   U*:'/.   □ 方形数组和可分离的衍射理论 SfL`JNi)   . \0=1P:   □ 多重，独立的激光束追迹传输 P}QbxkS 8   X3O$Sd(D   □ 自动传输技术控制 10IPq#Jj   pP,bW~rk   □ 薄片增益模型 Z|S7",   }V;]c~Q/H   □ 全局坐标系统 M #&L@fg!    A;x^6>   □ 任意的反射镜位置及方位设置 nnl9I4-O   ~Fb?h%w   □ 几何像差 0%NI- Zyo   X2?_lZ[\   □ 大Fresnel数系统模拟 O9)}:++T   aBi:S3 qk   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) BQ0\+   Ka\b_P&   □ 相位共轭(phase conjugation) %\& dFwb   xumv I{   □ 极化模型 *v/*_6 f*   VVl-cU   □ 部分相干光模型 q#3X*!)   1^^D :tt   □ ABCD传输 ta.,4R&K   j1+Y=@MA   □ 光纤光学和3-D波导 >v,j;[(   U/o}{,$A   □ 二元光学(binary optics)和光栅 s2=X>,kz?   =W*`HV-w   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 !T. @   H H3   □ M-平方因子评价 {K8T5zrV   a`Zf_;$@   □ 相位修正的优化 ;}'<`(f&nX   ~'=4K/39   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) 0M+tKFb   uwA3!5   GLAD Pro增加的功能： dwMwd@*j   \hN2w]e   □ 非线性光学： t&]Mt7   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) :q1r2&ne   2.倍频 N&`ay{&`:   3.自聚焦效应(self-focusing effects) 6E]rxps}"   qDb}b d5   □ 激光过程： nB0ol-<   1.速率方程增益模型(rate equation gain) N@0scfO6<   2.激光起振和Q-switching h cXqg   [Cp{i<C   □ 优化： = g}yA=.   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) =>*N W9c   2.使用者自定义评价函数(merit function) L9oZ7o   3.任何的系统参数都能进行优化 u`|fmVI   j]&{ @Y   □ 几何光学： Q~_x%KN/`   1.精密表面配合光线追迹 OhEL9"\<   2.透镜组的定义和分析 Din)5CxFX   p]4 sN   □ 大气效应： M7 !" t   1.Kolmogorov扰动 fif<[Ax   2.热致离焦(thermal blooming) Shz;)0To   sKO ;p   典型案例图示 e,8-P-h~T   Q,`kfxA`O   任意形状的光阑 Q@ n kT1o   dZmq   |3m%d2V*hF   z?,5v`,t2   S形光纤波导 ^dv>n]?   9G~P)Z!0   EA.U>5Fq   BYU.ptiJJ   空间光耦合进入光纤 N{g=Pf?I}   zn|}YovY+   n4johV.#   7ow1=%Q   二元光学元件 +$5^+C\6A   K#r`^aUc    7 I|Mq   bAp`lmFI   剪切干涉仪 GWKefH   rY}ofq7b   -;}Wm[   Gj3/&'k6   大气热晕 ~55>uw<   &&O=v]6,V   Xl;N=fc   1~ Nz6   谐振腔分析 "Q1hP9xV   z/b*]"g,   =xoTH3/,>   14RL++   模式竞争 -eTGRr   nj mE>2   16vfIUt b   h%%'{^>~   调Q激光器输出特性 k"J ?-1L   LKa_ofY   |4vk@0L   5 *_#"

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