GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

<d\Lvo[   软件简介 -nQ:RHnd   : _>/Yd7-&   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。 BQol>VRu   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。 , LP |M:   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。 'o#ve72z1   QJaF6>m   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。 *k(>Qsb "   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。 K0i[D"   X~O2!F   功能特性 :-=,([TJ   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： 8tM40/U$   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<*DL6   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。 cj:!uhZp7   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。 g$\Z-!(   4.提供多种诊断函数，通过调用这些函数可以计算任意光场的参数，如Strehl比，M2因子，光束的半高全宽，环围能量（可聚焦能力的一个重要的衡量参数），输出光束的像差特性（拟合出Zernike多项式的系数），波前的RMS值，光学传递函数（OTF），光学系统的Rayleigh范围以及位置等。 e)[>E\u_   5.在非线性特性方面的模拟具有非常显著的优势，是目前唯一能够涵盖几乎所有非线性特性的物理光学模拟软件。可以模拟的非线性过程包括：各种增益过程（包括CO2增益模型、BEER定律增益模型、半导体增益模型、三能级系统模型、速率方程模型），自聚焦过程，倍频过程，和频过程，四波混频过程，Raman放大过程，大气湍流引起的热晕过程。 =?} t7}#   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。  ;Q;u^T`   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 /\S1p3EW*   '=_}&   GLAD基本版的功能： +@Oo)#V|.   Khbkv   □ 整合环境设计区(IDE) wsyG~^>   f*VBSg[`   □ 简单或复杂激光束追迹 6O^'J~wiI   \@6nRs8b|N   □ 相干和非相干交互作用 |Go?A/'   KrhAObK   □ 非线性激光增益模型 0k?ph$   tH_e?6]   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 @?A39G{   NM0[yh   □ 任意形状的光阑 (LW4z8e#   *uAsKU   □ 近场-和远场-衍射传输分析 BTXS+mvl   eGZX6Q7m   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 JCu3,O!q   I<q=lK   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 x<'(b7{U0   :wJ=t/ho   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 { jnQoxN   8KioL{h   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) %rpJZ t   $'I+] ;   □ 透镜和反射镜数组 x(/KHpSWK   Yq;|Me{h   □ 变量数组，可达1024x1024 h*_h M1*;   Y"GU"n~   □ 方形数组和可分离的衍射理论 m@hmu}qz-   EK^B=)q6:W   □ 多重，独立的激光束追迹传输 o0Z(BTO   y9?~^pTx   □ 自动传输技术控制 3Zm'09A-.   U !E    □ 薄片增益模型 i2ap]   jXEuK:exQ   □ 全局坐标系统 )P:r;a'   lP>}9^7I!   □ 任意的反射镜位置及方位设置 D|W^PR:@h   [C PgfVz   □ 几何像差 ;}!hgyq   "HRoS#|\   □ 大Fresnel数系统模拟 :"+/M{qz   M+<xX)    □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) ;$|[z<1RdW   ,6,sz]3-   □ 相位共轭(phase conjugation) Y}_J@&:   Ju""i4   □ 极化模型 KdT1Nb=   ~n:dHK`   □ 部分相干光模型 j?&Rf,,%   GY@-}p~it   □ ABCD传输 4\) "Ih   adG=L9 "n   □ 光纤光学和3-D波导 *u$MqN   I#0WN   □ 二元光学(binary optics)和光栅 cPh U qET   #} 50oWE   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 74VN3m   q2* G86   □ M-平方因子评价 jd9GueV*(   l0Myem v?z   □ 相位修正的优化 B3V:?#   5BvCP   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) VeixwGZ.   a+$WlG/x   GLAD Pro增加的功能： !xs.[&u8   HC0q_%j   □ 非线性光学： O$}p}%%y7   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) |oq27*ix~m   2.倍频 YNc ]x>   3.自聚焦效应(self-focusing effects) pK=$)<I"6   G[4TT#   □ 激光过程： yc.Vm[!   1.速率方程增益模型(rate equation gain) t+'|&b][Qi   2.激光起振和Q-switching ?CB*MWjd   7^|oO~x6   □ 优化： [6@{^   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) #J.v[bOWQ   2.使用者自定义评价函数(merit function) Z%3]   3.任何的系统参数都能进行优化 0be1aY;m&   )clSW   □ 几何光学： K~"J<798{   1.精密表面配合光线追迹 `UFRv   2.透镜组的定义和分析 (0s7<&Iu   Nx~9Ug   □ 大气效应： 6X(Yv2X&4%   1.Kolmogorov扰动 -%]O-'   2.热致离焦(thermal blooming) rzJNHf=FVY   ZV}"k_+-   典型案例图示 5y7rY!]Bf   9-;ujl?{   任意形状的光阑 fY@Y$S`Fh   ;SAurG$   'P{0K?{H-4   ;Ee!vqD2   S形光纤波导 *"V5j#F_   Dm=t`_DL8   ]>fAV(ix   Ju3-ZFUS4   空间光耦合进入光纤 m,nZrap   0z) 8i P   2Y_ `&   -x~h.s,   二元光学元件 >r%L=22+   &V7@ TZ   F&US-ce:M   !@mV$nTA   剪切干涉仪 "p>$^    )(~s-x^\z@   8Xpf|?.   !g}?x3   大气热晕 tydD~a   %VG;vW\V   Le3H!9lbc   HRkO.230   谐振腔分析 Rd6? ,   1qWIku   DDk H`R   `>CHE'_   模式竞争 ;h[p "   N9LBji;nH   f8`K8Y]4   QC7Ceeh]4   调Q激光器输出特性 R;,&s!\<   juQ&v>9W)   L/Cp\|~ O   R?"sM<3`e

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