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GLAD—激光系统和物理光学仿

LASCAD激光谐振腔分析与设计

GLAD—激光系统和物理光学仿真软件
时间:2020-12-25 10:30来源:讯技光电作者: 营销部点击:次打印
软件简介
 
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。
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。
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。
 
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。
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。

功能特性
GLAD在激光器模拟方面有着无与伦比的优势:
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.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。
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。
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。
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。
6.采用有限差分方法模拟热透镜效应。
7.可以模拟偏振过程以及部分相干光现象。
 
GLAD基本版的功能
 
□ 整合环境设计区(IDE)
 
□ 简单或复杂激光束追迹
 
□ 相干和非相干交互作用
 
□ 非线性激光增益模型
 
□ 透镜和反射镜:球面镜、柱面镜
 
□ 任意形状的光阑
 
□ 近场-和远场-衍射传输分析
 
□ 稳态和非稳态谐振腔模型
 
□ 为谐振腔设计提供的特殊功能
 
□ Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析
 
□ 平滑随机数波前像差(smoothed random wavefront aberrations)
 
□ 透镜和反射镜数组
 
□ 变量数组,可达1024x1024
 
□ 方形数组和可分离的衍射理论
 
□ 多重,独立的激光束追迹传输
 
□ 自动传输技术控制
 
□ 薄片增益模型
 
□ 全局坐标系统
 
□ 任意的反射镜位置及方位设置
 
□ 几何像差
 
□ 大Fresnel数系统模拟
 
□ Zonal自适应光学模型(Zonal adaptive optics model)
 
□ 相位共轭(phase conjugation)
 
□ 极化模型
 
□ 部分相干光模型
 
□ ABCD传输
 
□ 光纤光学和3-D波导
 
□ 二元光学(binary optics)和光栅
 
□ 矢量衍射方法对高数值孔径(NA)物镜进行分析
 
□ M-平方因子评价
 
□ 相位修正的优化
 
□ 模拟退火优化(simulated annealing optimization)
 
GLAD Pro增加的功能
 
□ 非线性光学:
1.Raman放大,四波混频(Four-wave mixing) 
2.倍频 
3.自聚焦效应(self-focusing effects) 
 
□ 激光过程:
1.速率方程增益模型(rate equation gain) 
2.激光起振和Q-switching 
 
□ 优化:
1.任意结构的最小二乘优化(least squares optimization) 
2.使用者自定义评价函数(merit function) 
3.任何的系统参数都能进行优化 
 
□ 几何光学:
1.精密表面配合光线追迹
2.透镜组的定义和分析 
 
□ 大气效应:
1.Kolmogorov扰动 
2.热致离焦(thermal blooming) 
 
典型案例图示
 
任意形状的光阑

 
S形光纤波导

 
空间光耦合进入光纤


 
二元光学元件

 
剪切干涉仪

 
大气热晕

 
谐振腔分析

 
模式竞争

 
调Q激光器输出特性



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