GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

9^,Lc1"M>   软件简介 p<zSJLN   %1H[Wh(U   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。 ?3*l{[@J   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。 3AQZRul   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。 ]%|GmtqZs,   L O <   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。 ;ado0-VQi'   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。 hCCiD9gz   L{hnU7sY   功能特性 I|>^1kr8w   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： "]z-: \ V   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。 k *Q<3@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。 ZT,B(#m   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。 ~MS\   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。 Db)?i?o}t   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。 & @s!<9$W   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 6b+b/>G0   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 OJ/ ,pLYu   )#.<]&P}   GLAD基本版的功能： twP,cyR   o>/YAX:.!T   □ 整合环境设计区(IDE) WpF2)R}G=   <4_X P.N   □ 简单或复杂激光束追迹 C!Rs^/   _acE:H   □ 相干和非相干交互作用 }*lUah,@   c. ,2GwW   □ 非线性激光增益模型 ?\$#L^;b}   > `n,S   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 >)spqu]   jJuW-(/4[   □ 任意形状的光阑 g{8,Wx,,   D&}3$ 7>   □ 近场-和远场-衍射传输分析 cJ1#ge%4   y>72{   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 tcLnN:   W6"v)Jc>_   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 zY|t0H   mH Ic f{RG   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 SILQ   b!sRk@LGZ   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) F{eU";D   BO~PT,QrF   □ 透镜和反射镜数组 MxGu>r   o'W5|Gy   □ 变量数组，可达1024x1024 Q(<)KZIK   s<oNE)xe   □ 方形数组和可分离的衍射理论 7PANtCFb&   COW}o~3-4   □ 多重，独立的激光束追迹传输 e'0{?B   e XfZ5(na   □ 自动传输技术控制 5dB'&8DX   ai nG6Y<O`   □ 薄片增益模型 *M$0J'-B Q   Bx/L<J@   □ 全局坐标系统 @6mBqcE'?   :{IO=^D=$   □ 任意的反射镜位置及方位设置 1jc, Y.mP   du)~kU>l   □ 几何像差 B x (uRj   [P 06lIO   □ 大Fresnel数系统模拟 DdVF,   /c2w/+ _   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) Xtp"QY p   'ow.=1N-   □ 相位共轭(phase conjugation) );Z1a&K5k   #|*F1K   □ 极化模型 _cc#Qlw 7   7.Z@Wr?   □ 部分相干光模型 Y=?yhAw   {K9/HqH   □ ABCD传输 n84GZ5O>7   s O.`x*   □ 光纤光学和3-D波导 ,(;lI P   k'#(1(xj   □ 二元光学(binary optics)和光栅 Hd,p!_   nS&3?lx9_   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 tkXEHsRT   W2z*91$   □ M-平方因子评价 ]R=,5kK3   RTv qls   □ 相位修正的优化 (iRide   BRk0CLr5   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) xia|+   /r-aPJX   GLAD Pro增加的功能： FI bp"~   v> Mnl   □ 非线性光学： CT1ja.\;   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) {;.T7dL   2.倍频 X`fn8~5   3.自聚焦效应(self-focusing effects) [-)r5Dsdq   Zc!@0   □ 激光过程： ,2j.<g&    1.速率方程增益模型(rate equation gain) ET[kpL   2.激光起振和Q-switching ei6AV1| p   Gkp<o   □ 优化： $2u 'N:o   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) #(1j#\   2.使用者自定义评价函数(merit function) 6<$Odd   3.任何的系统参数都能进行优化 Vo7dAHHL   vmLxkjUm#   □ 几何光学： C#H:-Q&   1.精密表面配合光线追迹 8,atX+tc   2.透镜组的定义和分析 2KQoy;   !YP@m~   □ 大气效应： /__PSK   1.Kolmogorov扰动 2hee./F`   2.热致离焦(thermal blooming) P(;?kg}0   WyZL9K{?   典型案例图示 ZvUC I8   ixV0|P8,c   任意形状的光阑 JR@.R ,rII   QjC22lW-   ?_v{| YI=   in(U:04   S形光纤波导 ^mb[j`CCt   bcAvM;   NuYkz"O]   5bA)j!#)|X   空间光耦合进入光纤 JkGnKm9G   !o>H1#2l   >y}M.Mm   D)@YI.T   二元光学元件 /"?HZ % W   UK{irU|\   fd#jY}   ?]rPRV    剪切干涉仪 l9Q(xuhv   E7Ulnvd   $-&BB(-{E&   n=,\;3Y=   大气热晕 Vf`7V$sr   sO5?aB&   F|&{Rt   @&"Pci+-|   谐振腔分析 w ~dk#=   (4@lKKiU%H   |TE}`?y[g   4:7V./" 9   模式竞争 kEO7PK/   gaf$uT2   k@ K 7yK   fRfn2jA)d   调Q激光器输出特性 Nk[2n yeO>   \@>b;4Fb+N   h!#:$|Q   *FfMI

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