GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

2]y Hxo/6   软件简介 i#NtiZ.t=   g"~`\xhx   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。 % *ng *   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。 ZkWMo=vL   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。 "/G]M&   SP\s{,'F-b   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。 ev#/v:$?   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。 Q\ W)}   U2r[.Ru   功能特性 NFyV02.   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： DS+BX`i%#p   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。 j u&v4]   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。 *k,{[b   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。 ~W-l|-eogz   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。 r $[{sW   5.在非线性特性方面的模拟具有非常显著的优势，是目前唯一能够涵盖几乎所有非线性特性的物理光学模拟软件。可以模拟的非线性过程包括：各种增益过程（包括CO2增益模型、BEER定律增益模型、半导体增益模型、三能级系统模型、速率方程模型），自聚焦过程，倍频过程，和频过程，四波混频过程，Raman放大过程，大气湍流引起的热晕过程。 I s|_   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 Ey.%: O-Dv   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 0 .UN   F~0iJnF   GLAD基本版的功能： Pv=]7>e   c'XSs   □ 整合环境设计区(IDE) i%GiWanG   1g,Of r   □ 简单或复杂激光束追迹 6B]i}nFH{+   beBv|kI4   □ 相干和非相干交互作用 x:i,l:x   aeVd.`lxM   □ 非线性激光增益模型 }~Do0XUH   k&M~yb   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 b'C#]DorE   ~]24">VZf   □ 任意形状的光阑 f*:N*cC   L{GlDoFk   □ 近场-和远场-衍射传输分析 /3.;sS]B   A>,kmU5   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 P'SGt   } @ [!%hE   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 NiEz3ODSi   VeqB/QX   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 mq}UUk@   0eKLp8;Lh   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) U\W$^r,   G0kF[8Am   □ 透镜和反射镜数组 Q,:h`%V   ;pS+S0U    □ 变量数组，可达1024x1024 G({5LjgW   j+>[~c;0)   □ 方形数组和可分离的衍射理论 t\]kVo)   H]*B5Jv~   □ 多重，独立的激光束追迹传输 "$b{EYq6   mE=Tj%+x   □ 自动传输技术控制 4uH} SG[   'K}2m   □ 薄片增益模型 cd~QGP_C   's5H_ah   □ 全局坐标系统 <(~Wg{   xb"e'Zh   □ 任意的反射镜位置及方位设置 ?)[=>Kp   ]k BC,m(   □ 几何像差 oiM['iDK   'R2*3<   □ 大Fresnel数系统模拟 <IBUl}|\   Dw 5Ze   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) <WbO&;%   `Ba?4_>k   □ 相位共轭(phase conjugation) 0C3Y = F   O'(D:D?   □ 极化模型 "r8N- h/P   asE.!g?   □ 部分相干光模型 f =A#:d   &_s^C?x   □ ABCD传输 Gm> =s   (w+SmD   □ 光纤光学和3-D波导 N/b$S@   X{[$4\di{   □ 二元光学(binary optics)和光栅 +;*4.}   &h .?~Ri   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 /!.]Y8yEH   =EH/~NGk   □ M-平方因子评价 M$Rh]3vqR   5Q:49S47   □ 相位修正的优化 #Uep|A   +QOK]NJN   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) n 4cos   Qs?p)3qp   GLAD Pro增加的功能： w_;$ahsu~   (=Oo=8\   □ 非线性光学： fN21[Jv3   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) Y4lNxvY   2.倍频 1.<gC   3.自聚焦效应(self-focusing effects) rmFcSolt,f   A;6ew 4   □ 激光过程： E70o nR!i   1.速率方程增益模型(rate equation gain)  @k#xr   2.激光起振和Q-switching l>hvWK[ ?I    U-$nwji   □ 优化： \/nSRAk   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) `Tk~?aY   2.使用者自定义评价函数(merit function) *y` (^kyS   3.任何的系统参数都能进行优化 Ls3r( Tf   yMmUOIxk\   □ 几何光学： q0['!G%["   1.精密表面配合光线追迹 e~9g~k]s   2.透镜组的定义和分析 YY$Z-u(   2T@?&N^OD   □ 大气效应： &' y}L'   1.Kolmogorov扰动 b`Jsu!?{   2.热致离焦(thermal blooming) NO/5pz}1   glkH??S   典型案例图示 !/!Fc'A   ux17q>G   任意形状的光阑 bweAmSs   e? |4O<@   Z^%HDB9^   8o).q}>&   S形光纤波导 YUyYVi7clq   QF22_D<.}J   L.S/Mv   nU6UjC|3   空间光耦合进入光纤 |TF6&$>d   EY c)v6[   > 7cDfv"    H =&K_   二元光学元件 \NKw,`/   YM.   HV]u9nrt#   9C!b f \   剪切干涉仪 SP>&+5AydX   )YZx]6\l)   MOi1+`kwh   3a}c'$F>_'   大气热晕 6JRFYgI   WY5HmNX3E   QBfo=9[=e   Sogt?]HB$   谐振腔分析 ^V]IPGV   I SdB5Va   'e$8 IZm   m}>Q#IVZ   模式竞争 qagR?)N)u   m6A\R KJ'   "x0KiIoPk   QNxxW2+   调Q激光器输出特性 )@=fGNDt   .&8a ;Q?c   _~}2@&*G"   !HP=Rgh

g'2;///

e+<9Sh7&