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    [分享]GLAD—激光系统和物理光学仿真软件 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-07-16
    软件简介 z%iPk'^  
    8eYEi  
    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。 *[*q#b$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。 x%HxM~&  
    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。 kqxq'Aq)d  
    iA[o;D#  
    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。 -KH"2q  
    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^3j|'mG  
    X.[bgvm~C  
    功能特性
    AE~@F4MK  
    GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势: dU2;   
    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。 *+2_!=4V  
    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。 ;Bj&9DZd  
    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。 u86PTp+  
    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。 aDxNAfP  
    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。 pV;0Hcy  
    6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 x(R;xB  
    7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 o?Cc  
    ^;.u }W  
    GLAD基本版的功能 ,J-|.ER->  
    j3T)gFP  
    □ 整合环境设计区(IDE) ,4 _H{+M  
    kv,!"<  
    □ 简单或复杂激光束追迹 4 2DMmwB   
    w/rJj*  
    □ 相干和非相干交互作用 $Bl51Vj N  
    S<*IoZ?T  
    □ 非线性激光增益模型 yjH'<  
    r]D U  
    □ 透镜和反射镜:球面镜、柱面镜 ZH8w^}  
    #s15AyKz5  
    □ 任意形状的光阑 5>daWmD  
    ksuePMIK  
    □ 近场-和远场-衍射传输分析 N-knhA  
    _~ei1 G.R  
    □ 稳态和非稳态谐振腔模型 |G$-5 7fk  
    A#19&}  
    □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 \[.qN  
    %"fO^KA.h]  
    □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 RWo7_XO  
    6NhGTLI  
    □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) T]tu#h{ a  
    rKI<!  
    □ 透镜和反射镜数组 K[0z$T\  
    ?wCX:? g  
    □ 变量数组,可达1024x1024 #\n* Qg4p  
    D1v0`od'  
    □ 方形数组和可分离的衍射理论 J5HK1  
    [u2t1^#Ol  
    □ 多重,独立的激光束追迹传输 9#&H'mG  
    QRBx}!:NZ#  
    □ 自动传输技术控制 4;CI< &S  
    JoiGuZd>  
    □ 薄片增益模型 BG?>)]6  
    `XK\', }F  
    □ 全局坐标系统 II.: k.D`  
    .74C~{}$  
    □ 任意的反射镜位置及方位设置 a|oh Ad  
    .r6x9t  
    □ 几何像差 Lw_|o[I}  
    ]H}2|~c  
    □ 大Fresnel数系统模拟 I^![)# FC  
    &Mudu/KTr  
    □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) SlR//h  
    *.k*JsU~B  
    □ 相位共轭(phase conjugation) U4K ZPk  
    0zSz[;A  
    □ 极化模型 \gPMYMd  
    Ry]9n.y  
    □ 部分相干光模型 0:u:#))1  
    V,d\Wkk/  
    □ ABCD传输 {j]cL !Od  
    JW^ ${4  
    □ 光纤光学和3-D波导 JJ_ Z{  
    w?|qKO  
    □ 二元光学(binary optics)和光栅 SE^l`.U@  
    j7gTVfO  
    □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 Y)pop :y t  
    , h'Q  
    □ M-平方因子评价 EC[]L'IL  
    ?#(LH\$l_  
    □ 相位修正的优化 Hv,ll1@h  
    4=|Q2qgFV  
    □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) IjRUr\l  
    Z.Z;p/4F  
    GLAD Pro增加的功能 $6wSqH?q  
    o^UOkxs.  
    □ 非线性光学: Qr3!6  
    1.Raman放大,四波混频(Four-wave mixing) EwFq1~  
    2.倍频 q@[F|EF=  
    3.自聚焦效应(self-focusing effects) ^GY^g-R  
    Y!_c/!Tx  
    □ 激光过程: hB.8\-}QMq  
    1.速率方程增益模型(rate equation gain) *p\Zc*N;%  
    2.激光起振和Q-switching YF-E1`+?<  
    ,iP YsW]5  
    □ 优化: <iU@ M31  
    1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) 7>O`UT<t4@  
    2.使用者自定义评价函数(merit function) <Y?Z&rNb  
    3.任何的系统参数都能进行优化 a?r$E.W'&  
    l$9k:#\FD  
    □ 几何光学: r.zgLZ}3&V  
    1.精密表面配合光线追迹 r1<*=Fs=>>  
    2.透镜组的定义和分析 +<[q"3  
    $Uy+]9  
    □ 大气效应: -WqhOZ  
    1.Kolmogorov扰动 ROQ]sQpk  
    2.热致离焦(thermal blooming) j;_  
    +z?gf*G_W'  
    典型案例图示 U~7udUR  
    ?VE'!DW  
    任意形状的光阑 A~a 3bCX+"  
    P* 0kz@  
    c]#}#RJ`\  
    ! Ea!"}  
    S形光纤波导 q/I( e  
    *|\bS "  
    16 `M=R  
    7JQ4*RM  
    空间光耦合进入光纤 K\U`gTGc  
    -`\rDPGf  
    v(.mM9>  
    Bt@?l]Y  
    二元光学元件 6&SNFOX{@  
    8HBwcXYoHh  
    QH(&Cu,  
    Ii[U%  
    剪切干涉仪 `&q+ f+z  
    z[_Y,I  
    mm: TR?^  
    k $^/$N  
    大气热晕 Z!|r>  
    t>}S@T{~T  
    HLV8_~gQPf  
    jH<Sf: Y(  
    谐振腔分析 i:jXh9+  
    +yfUB8Xw  
    }a5TY("d9H  
    v; #y^O  
    模式竞争 ` wEX;  
    |wuTw|  
    ma*#*4  
    h]&  
    调Q激光器输出特性 5O]tkHYR  
    dE,E,tv  
    /FXvrH(  
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    iU 6,B  
    *Ts$Hj[  
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