GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

kt{C7qpD   软件简介 0sDwTb"   !I5~))E   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。 ^2^|AXNES   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。 ]1d,O^S   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。 ;,=h59`   Tz[?gF.Do   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。 xs'kO=   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。 <*"pr a{3   eh:}X}c=J]   功能特性 Bw<zc=%   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： $54=gRo^   1.理论基础是衍射光学，通过分步傅立叶方法实现衍射传输和非线性现象（含增益）的模拟。并将物理光学和几何光学有机结合起来，实现对复杂系统的快速模拟。 (X(1kj3   2.提供多种激光器组件命令，如透镜（理想的和实际的），透镜阵列，反射镜，棱镜，自适应反射镜，双折射晶体，光栅，谱色散平滑元件，任意形状的光阑，光纤以及各种结构的波导等，可以快速建立激光器模型。 6I>5~? #   3.准确模拟激光器谐振腔的特性，如输出的激光模式，输出功率与泵浦光之间的变化关系。通过改变谐振腔的参数（如腔镜的曲率半径、通过率、位置参数），可以观察这些因素对于输出模式、输出能量的影响。 U2V^T'Y[   4.提供多种诊断函数，通过调用这些函数可以计算任意光场的参数，如Strehl比，M2因子，光束的半高全宽，环围能量（可聚焦能力的一个重要的衡量参数），输出光束的像差特性（拟合出Zernike多项式的系数），波前的RMS值，光学传递函数（OTF），光学系统的Rayleigh范围以及位置等。 %gu$_S   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。 -nk#d%a\   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 3XwU6M$5g   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 pSQCT   /*AJr   GLAD基本版的功能： h zZ-$IX X   r|^lt7\   □ 整合环境设计区(IDE) mT6q}``vtG   Ty3CBR{6   □ 简单或复杂激光束追迹 6!+X.+   LgP>u?]n   □ 相干和非相干交互作用 `M?v!]o   x^)g'16`   □ 非线性激光增益模型 0AK?{y U   dXiE.Si   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 1Sg|3T8bGT   N )zPxQ   □ 任意形状的光阑 ]eYd8s+   K[uY+!'1   □ 近场-和远场-衍射传输分析 gT(th9'+z   m']9Q3-   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 "Su b4F`   &_9YLXtMi;   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 0{?:FQ#   Cs:+93w   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 "H>r-cyh   <rX\LwR   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) ]6{(Hjt   7q%|4Z-~   □ 透镜和反射镜数组 P>*Fj4Z~   ]By0Xifew   □ 变量数组，可达1024x1024 i}PK$sa#c   @up&q   □ 方形数组和可分离的衍射理论 =U4f}W;   /Jxq 3D)v   □ 多重，独立的激光束追迹传输 h@*lWi2K7   n1QEu"~Zj   □ 自动传输技术控制 { p1lae   o'C~~Vg).   □ 薄片增益模型 {y,nFxLq   +I|Rk&   □ 全局坐标系统 (M ]XNn   Mv .Ciyc   □ 任意的反射镜位置及方位设置 )|y#O ZHR   >=if8t!   □ 几何像差 )]%e   ?gLR<d_   □ 大Fresnel数系统模拟 UT3bd,,   C,o:   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) /~40rXH2C   pw@`}cM=   □ 相位共轭(phase conjugation) m6b$Xyq[   r5o @+"!   □ 极化模型 bb|}'   JC=dYP}   □ 部分相干光模型 0 _Q*E3   RX:R*{]-   □ ABCD传输 A9 U5,mOz   pe|X@o   □ 光纤光学和3-D波导 oP/>ju   cZqfz   □ 二元光学(binary optics)和光栅 LU%#mY   -*?p F_*w   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 YWEYHr;%^?   :-z&Y492   □ M-平方因子评价 >-!r9"8@   d$w(-tV42   □ 相位修正的优化 8qn 9|   tl|ijR   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) S+r^B?a<oM   jh[ #p?:   GLAD Pro增加的功能： KYp[Gs   nE_Cuc>K\   □ 非线性光学： z<!O!wX_aI   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) le.anJAr   2.倍频 rWA6XDM7   3.自聚焦效应(self-focusing effects) h\(B#SN   C,fY.CeI   □ 激光过程： zX98c   1.速率方程增益模型(rate equation gain) GWhE8EDT   2.激光起振和Q-switching " # !D|[h0   F% `zs\   □ 优化： p!_[qs   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) W RF.[R"   2.使用者自定义评价函数(merit function) O$^xkv5.   3.任何的系统参数都能进行优化 XIKvH-0&   e!GZSk    □ 几何光学： S<"oUdkz   1.精密表面配合光线追迹 k)cP! % z   2.透镜组的定义和分析 ! D$Ooamq   &=X.*H%   □ 大气效应： H(b)aw^(%   1.Kolmogorov扰动 *7ZtNo[+   2.热致离焦(thermal blooming) >p0KFU   }AlYNEY   典型案例图示 'S*k_vuN   Us]=Y}(   任意形状的光阑 DSvmVI   sef]>q   d`mD!)j   `rlk|&T1   S形光纤波导 -U>y   E;9>ePd@   Q,gLi\siI   E$A3|rjnoN   空间光耦合进入光纤 M/pMs 6   D/CIA8h3   iG#}`   &l m#   二元光学元件 y!~qbh[   Wpr ,jN8b   d$G}iJ8$mp   H;Ku w   剪切干涉仪 0J9D"3T)   ~E)fpGJ   }gv8au<   ?IF)+]   大气热晕 Ch19h8M   /&^W#U$4   rzUlO5?R=   Jxa4hM0   谐振腔分析 .X'pq5   2'] KTHm   D=+NxR[   wNY g$d0M   模式竞争 6;iJ*2f5V   4CrLkr   2YlH}fnH   H C0w;MG)   调Q激光器输出特性 t~hTp K*   G^;>8r   &%mXYj3y5   te,[f

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