GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

*0y+=,"QU   软件简介 8 F'i5i   AjaG.fa]k   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。 r6Z&i^cMe   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。 &G@*/2A   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。 B7TA:K    _ y)#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。 aT F}   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。 `"M=ZVk   7g5sJj   功能特性 j?6%=KuX<   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： 0z."6r   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。 A~-e?.   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。 9c806>]U^   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。 mqk~Pno|<   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。 v|jBRKU99   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。 # 3uXgZi   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 7I`e5\ u   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 /yIkHb^c   K2L+tw   GLAD基本版的功能： &:8a[C2=   ~,Q+E8   □ 整合环境设计区(IDE) s_K:h   <!&nyuSz   □ 简单或复杂激光束追迹 anA>'63   :SSe0ZZ_6b   □ 相干和非相干交互作用 Y{@ez   Cdiu*#f   □ 非线性激光增益模型 Aa.bE,W   ^MUtmzh   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 br<,?   ,a< !d   □ 任意形状的光阑 B4GgR,P@S   uI-te~]   □ 近场-和远场-衍射传输分析 R#Id"O   'HkV_d[li   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 T\b e(@r   (C,PGjd   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 O} QTg   O~-#>a   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 >mT2g   GK tG#jZ&   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) Gs.id^Sf   [1dlV/   □ 透镜和反射镜数组 F^&_O*"   d~O\zLQ;   □ 变量数组，可达1024x1024 Z|uUE   {?l#*XH;   □ 方形数组和可分离的衍射理论 +Ld4e]   28LjQ!   □ 多重，独立的激光束追迹传输 DK&J"0jz,   }!(cm;XA"   □ 自动传输技术控制 p-y,OG   %ztCcgu*   □ 薄片增益模型 \NS\>Q+d   RXb+"/   □ 全局坐标系统 }X)mZyM[   m/JpYv~   □ 任意的反射镜位置及方位设置 3uz@JY"mK   zm9>"(H   □ 几何像差 U=QV^I Qm   4rc4}Yu,JI   □ 大Fresnel数系统模拟 vEvVT]g[V   5"c #O U   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) `3SY~&X   SI*O#K=w   □ 相位共轭(phase conjugation) 41^+T<+   #)tt}GX   □ 极化模型 {XC# -3O   60*2k   □ 部分相干光模型 n87B[R   cMsm[D{b   □ ABCD传输 hoD (G X   YbND2i   □ 光纤光学和3-D波导 g599Lc&   0j 7W\'!t   □ 二元光学(binary optics)和光栅 g[0b>r7    b/Z=FS2T   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 EQ-r   <6)Ogv",   □ M-平方因子评价 B4r4PSB>!   9sFZs]uM   □ 相位修正的优化 Z[RE|l{   [,3o   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) (2[tQ`~   {k%*j 4   GLAD Pro增加的功能： %]h5\%@w   f6j;Y<}' g   □ 非线性光学： )AEJ`xC   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing)  TIbiw   2.倍频 $5jQm,V$K   3.自聚焦效应(self-focusing effects) 3E$M{l   4`yCvPu   □ 激光过程： ) kfA5xi[   1.速率方程增益模型(rate equation gain) U}~SY   2.激光起振和Q-switching :Gsh   GF*8(2h2   □ 优化： |, cQJ   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) szu!*wc9   2.使用者自定义评价函数(merit function) F"1)y>2k   3.任何的系统参数都能进行优化 @#hd8_)A.   'X d_8.   □ 几何光学： W,9. z%   1.精密表面配合光线追迹 qT$;ZV #   2.透镜组的定义和分析 zRd^Uks   \1cay#X   □ 大气效应： 3}@3pVS   1.Kolmogorov扰动 I`^ 7Bk.r   2.热致离焦(thermal blooming) N DZ :`D   fb 3(9   典型案例图示 "SJp9s3   h+<vWo}H   任意形状的光阑 ;gLHSHEA   M{cF14cQ   8[\F*H   @E;'Ffo   S形光纤波导 @iwVU]j   <E/4/ ANN   K4~z@. G6*   F7P?*!dx   空间光耦合进入光纤 Hof@,w   W/DSj :   : 8dQ8p;   XHs>Q>`   二元光学元件 &YC Z L   h+=xG|1R[5   w.Cw)#N   <qJI]P   剪切干涉仪 `G7LM55   ntR@[)K   E-gI'qG\(   Bn:"qN~   大气热晕 Pxf WO1S(   Sk7l&B   9Rl-Jz8g   [rk*4b^s   谐振腔分析 {9?++G"\   KYa}k0tVAp   qaJ$0,]H+   -':;0   模式竞争 m}Xb#NAF8   @uA=v/>+   +g %h,@   RN:VsopL   调Q激光器输出特性 (5CdA1|   U}f"a!   8xf]zM"Q   K^32nQX

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