GLAD—激光系统和物理光学仿真软件

,w.`(?I/   软件简介 jafq(t   ~Od4( }/G   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。 )OqN\   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。 c<V.\y0x   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。 k'N `5M)   9Z0(e! b4S   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。 .+G),P)    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。 fhu-YYJt   p{j }%)6n   功能特性 ]MkZ1~f7   GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势： u7u8cVF   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。 A9!gww   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。 _nR8L`l*z   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。 H_'i.t 'SS   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。 {~yj]+Im   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。 QdKxuG   6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。 9.|+KIRb   7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。 3G9YpA_}X   =2#a@D6Bl   GLAD基本版的功能： s-eC')w~E   LxkToO{   □ 整合环境设计区(IDE) lrjlkgSN   %S8e:kc6   □ 简单或复杂激光束追迹 tb7Wr1$<   d:0 RDK-}s   □ 相干和非相干交互作用 ?lv{;4BC   Qp7|p   □ 非线性激光增益模型 c'_-jdi`>_   I)ub='+&;   □ 透镜和反射镜：球面镜、柱面镜 omM*h{z$$   /)SwQgK#   □ 任意形状的光阑 B&0^3iKFi   :X[(ymWNE   □ 近场-和远场-衍射传输分析 rE"`q1b#   c/ w zV   □ 稳态和非稳态谐振腔模型 &I.UEF2,   -6MgC9]   □ 为谐振腔设计提供的特殊功能 o#{D;'   Wy%q9x]}   □ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析 )t{oyBT   e*uaxh+7   □ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations) }cyHR1K   R2Fh WiL   □ 透镜和反射镜数组 `rC9i5:   %4U;Rdq&Ud   □ 变量数组，可达1024x1024 vV1F|   ] ]$s"F<   □ 方形数组和可分离的衍射理论 QthHQA   ;Jt*s   □ 多重，独立的激光束追迹传输 38!$9)   {*H&NI   □ 自动传输技术控制 T#^   $rDeI-)S   □ 薄片增益模型 _3h(R`VdWO   o)'T#uK   □ 全局坐标系统 cj-P&D[Ny[   |@={:gRJ{x   □ 任意的反射镜位置及方位设置 go/]+vD   I,vy__sZ   □ 几何像差 )JE;#m0q   DW@PPvfs   □ 大Fresnel数系统模拟 3q   o:_}=1nh   □ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model) `pzp(\lc   aQwcPy|1R   □ 相位共轭(phase conjugation) Mjq1qEi"B   &^4\ Rx_I   □ 极化模型 r_T\%   QRXsLdf$$   □ 部分相干光模型 blph&[`}I   @HJ&"72$<   □ ABCD传输 ?hvPPEJf   %(Sy XZ   □ 光纤光学和3-D波导 /j./   Gvv~P3Dm   □ 二元光学(binary optics)和光栅 npg.*I/>   0 V*Di2   □ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析 -_.)~)P   Adgh:'h   □ M-平方因子评价 kVw5z3]Xg   XodA(73`i   □ 相位修正的优化 (=0W[@k   `w6\II)aB   □ 模拟退火优化(simulated annealing optimization) =v= a:e   mJRvC%   GLAD Pro增加的功能： xn1   rOw""mE   □ 非线性光学： 8I$B ^,N   1.Raman放大，四波混频(Four-wave mixing) B:)9hF?o@   2.倍频 6#fl1GdH-   3.自聚焦效应(self-focusing effects) n;Tpf<*U   ^kxkP}[Z.   □ 激光过程： r]Bwp i%   1.速率方程增益模型(rate equation gain) x;S v&   2.激光起振和Q-switching !p4w 8   \v{tK;   □ 优化： <i"U%Ds(   1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) ,i#]&f`c;5   2.使用者自定义评价函数(merit function) f:\jPkf'   3.任何的系统参数都能进行优化 -}1S6dzr   -fuSCj   □ 几何光学： a \B<(R.   1.精密表面配合光线追迹 CFAz/x@%   2.透镜组的定义和分析 !YSAQi;I   ~"!F&   □ 大气效应： [t5:4 Iq   1.Kolmogorov扰动 bwUsE U 0   2.热致离焦(thermal blooming) 7$WO@yOsh   _,_>B8   典型案例图示 _H>ABo   5:E7nqsNhq   任意形状的光阑 k1i*1Tc   Bu">)AnN   LF* 7;a   R<lj$_72Q   S形光纤波导 q3JoU/Sf   >3s9vdUp4h   r<cyxR~   JYOyz+wNd   空间光耦合进入光纤 n^'ip{   $Ll]h</Z   3g9xTG);eA   ==`K$rM   二元光学元件 RN238]K   iJIPH>UMX   P\KP)bkC   , fFB.q"   剪切干涉仪 /vS!9f${   9"1 0:\U   3]WIN_h   @|(mR-Jj   大气热晕 ZW}*]rg   U(] a(k<r   ~V[pu   :,% ~rR   谐振腔分析 FFb`4.   [ \ LA   z8{kwz   8hba3L_Z   模式竞争 &!]$#   xCFk1%qf   7)!(0.&   jhrmQS   调Q激光器输出特性 `4__X;   f1(V~{N,+   W,5A|Q~   SkBa- *MC

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