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驗。

GLAD使用復振幅來描述光束，采用快速傅里葉變換結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，或對物理光學系統(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的使用方法為調用內部各類“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的命令；用于光束參數(shù)診斷的命令；用于計算結果輸入、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�？梢阅�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Q激光器輸出特性