軟件簡介
GLAD是由美國Applied Optics Research公司開發(fā)的一款專業(yè)的物理光學軟件，特別適用于激光領域各種光學現(xiàn)象的仿真和評估！軟件的開發(fā)者George Lawrence教授長期在光學領域排名NO.1的美國亞利桑那大學任教，在物理光學特別是激光領域擁有三十多年的研究經(jīng)驗。
GLAD使用復振幅來描述光束，采用快速傅里葉變換結(jié)合分步傅里葉算法進行傳輸分析，幾乎能對所有類型的激光系統(tǒng)進行分析，或?qū)ξ锢砉鈱W系統(tǒng)做完整的端-對-端的分析處理，還囊括各種激光增益模型、數(shù)種非線性過程和許多其它的激光及物理光學效應。
GLAD的使用方法為調(diào)用內(nèi)部各類“積木”進行建模、傳輸和分析。積木的類型包括：用于進行系統(tǒng)和光束初始化的命令；用于表征各類像差和相位屏的命令；用于表征各類傳統(tǒng)光學元件的命令；用于表征各類非線性過程的命令；用于表征激光增益介質(zhì)的命令；用于光束參數(shù)診斷的命令；用于計算結(jié)果輸入、輸出的命令等。只要將不同類型的積木有機“組裝”起來就可以輕松實現(xiàn)任意光學系統(tǒng)的模擬。
GLAD允許用戶自定義變量、子程序、循環(huán)、方程式、以及其它高級語言結(jié)構。
GLAD的應用領域包括：（1）包含傳統(tǒng)光學元件，如各種透鏡、反射鏡、棱鏡的光學系統(tǒng)的衍射傳輸分析；（2）光束質(zhì)量的分析和評價；（3）二元衍射光學元件的分析；（4）各種波導的分析；（5）激光系統(tǒng)的分析：無源腔性能分析，含各類增益介質(zhì)的有源腔分析；（6）多種非線性過程的模擬；（7）偏振效應分析。
功能特性
GLAD在激光器模擬方面有著無與倫比的優(yōu)勢：
1.理論基礎是衍射光學，通過分步傅立葉方法實現(xiàn)衍射傳輸和非線性現(xiàn)象（含增益）的模擬。并將物理光學和幾何光學有機結(jié)合起來，實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的快速模擬。
2.提供多種激光器組件命令，如透鏡（理想的和實際的），透鏡陣列，反射鏡，棱鏡，自適應反射鏡，雙折射晶體，光柵，譜色散平滑元件，任意形狀的光闌，光纖以及各種結(jié)構的波導等，可以快速建立激光器模型。
3.準確模擬激光器諧振腔的特性，如輸出的激光模式，輸出功率與泵浦光之間的變化關系。通過改變諧振腔的參數(shù)（如腔鏡的曲率半徑、通過率、位置參數(shù)），可以觀察這些因素對于輸出模式、輸出能量的影響。
4.提供多種診斷函數(shù)，通過調(diào)用這些函數(shù)可以計算任意光場的參數(shù)，如Strehl比，M2因子，光束的半高全寬，環(huán)圍能量（可聚焦能力的一個重要的衡量參數(shù)），輸出光束的像差特性（擬合出Zernike多項式的系數(shù)），波前的RMS值，光學傳遞函數(shù)（OTF），光學系統(tǒng)的Rayleigh范圍以及位置等。
5.在非線性特性方面的模擬具有非常顯著的優(yōu)勢，是目前唯一能夠涵蓋幾乎所有非線性特性的物理光學模擬軟件。可以模擬的非線性過程包括：各種增益過程（包括CO2增益模型、BEER定律增益模型、半導體增益模型、三能級系統(tǒng)模型、速率方程模型），自聚焦過程，倍頻過程，和頻過程，四波混頻過程，Raman放大過程，大氣湍流引起的熱暈過程。
6.采用有限差分方法模擬熱透鏡效應。
7.可以模擬偏振過程以及部分相干光現(xiàn)象。
GLAD基本版的功能：
□ 整合環(huán)境設計區(qū)(IDE)
□ 簡單或復雜激光束追跡
□ 相干和非相干交互作用
□ 非線性激光增益模型
□ 透鏡和反射鏡：球面鏡、柱面鏡
□ 任意形狀的光闌
□ 近場-和遠場-衍射傳輸分析
□ 穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)諧振腔模型
□ 為諧振腔設計提供的特殊功能
□ Seidel, Zernike, 和相位光柵像差分析
□ 平滑隨機數(shù)波前像差(smoothed random wavefront aberrations)
□ 透鏡和反射鏡數(shù)組
□ 變量數(shù)組，可達1024x1024
□ 方形數(shù)組和可分離的衍射理論
□ 多重，獨立的激光束追跡傳輸
□ 自動傳輸技術控制
□ 薄片增益模型
□ 全局坐標系統(tǒng)
□ 任意的反射鏡位置及方位設置
□ 幾何像差
□ 大Fresnel數(shù)系統(tǒng)模擬
□ Zonal自適應光學模型(Zonal adaptive optics model)
□ 相位共軛(phase conjugation)
□ 極化模型
□ 部分相干光模型
□ ABCD傳輸
□ 光纖光學和3-D波導
□ 二元光學(binary optics)和光柵
□ 矢量衍射方法對高數(shù)值孔徑(NA)物鏡進行分析
□ M-平方因子評價
□ 相位修正的優(yōu)化
□ 模擬退火優(yōu)化(simulated annealing optimization)
GLAD Pro增加的功能：
□ 非線性光學：
1.Raman放大，四波混頻(Four-wave mixing)
2.倍頻
3.自聚焦效應(self-focusing effects)
□ 激光過程：
1.速率方程增益模型(rate equation gain)
2.激光起振和Q-switching
□ 優(yōu)化：
1.任意結(jié)構的最小二乘優(yōu)化(least squares optimization)
2.使用者自定義評價函數(shù)(merit function)
3.任何的系統(tǒng)參數(shù)都能進行優(yōu)化
□ 幾何光學：
1.精密表面配合光線追跡
2.透鏡組的定義和分析
□ 大氣效應：
1.Kolmogorov擾動
2.熱致離焦(thermal blooming)
典型案例圖示
任意形狀的光闌
S形光纖波導
空間光耦合進入光纖
二元光學元件
剪切干涉儀
大氣熱暈
諧振腔分析
模式競爭
調(diào)Q激光器輸出特性
 |
