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GLAD—激光係統和物理光學仿

LASCAD激光諧振腔分析與設計

GLAD—激光係統和物理光學仿真軟件
時間:2020-12-25 10:30來源:EVO真人光電作者: 營銷部點擊:打印
軟件簡介
 
GLAD是由美國Applied Optics Research公司開發的一款專業的物理光學軟件,特別適用於激光領域各種光學現象的仿真和評估!軟件的開發者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使用複振幅來描述光束,采用快速傅裏葉變換結合分步傅裏葉算法進行傳輸分析,幾乎能對所有類型的激光係統進行分析,或對物理光學係統做完整的端-對-端的分析處理,還囊括各種激光增益模型、數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:用於進行係統和光束初始化的命令;用於表征各類像差和相位屏的命令;用於表征各類傳統光學元件的命令;用於表征各類非線性過程的命令;用於表征激光增益介質的命令;用於光束參數診斷的命令;用於計算結果輸入、輸出的命令等。隻要將不同類型的積木有機“組裝”起來就可以輕鬆實現任意光學係統的模擬。
 
GLAD允許用戶自定義變量、子程序、循環、方程式、以及其它高級語言結構。
GLAD的應用領域包括:(1)包含傳統光學元件,如各種透鏡、反射鏡、棱鏡的光學係統的衍射傳輸分析;(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)激光係統的分析: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在激光器模擬方麵有著無與倫比的優勢:
1.理論基礎是衍射光學,通過分步傅立葉方法實現衍射傳輸和非線性現象(含增益)的模擬。並將物理光學和幾何光學有機結合起來,實現對複雜係統的快速模擬。
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係。通過改變諧振腔的參數(如腔鏡的曲率半徑、通過率、位置參數),可以觀察這些因素對於輸出模式、輸出能量的影響。
4.提供多種診斷函數,通過調用這些函數可以計算任意光場的參數,如Strehl比,M2因子,光束的半高全寬,環圍能量(可聚焦能力的一個重要的衡量參數),輸出光束的像差特性(擬合出Zernike多項式的係數),波前的RMS值,光學傳遞函數(OTF),光學係統的Rayleigh範圍以及位置等。
5.在非線性特性方麵的模擬具有非常顯著的優勢,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、三能級係統模型、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幹光現象。
 
GLAD基本版的功能:
 
□ 整合環境設計區(IDE)
 
□ 簡單或複雜激光束追跡
 
□ 相幹和非相幹交互作用
 
□ 非線性激光增益模型
 
□ 透鏡和反射鏡:球麵鏡、柱麵鏡
 
□ 任意形狀的光闌
 
□ 近場-和遠場-衍射傳輸分析
 
□ 穩態和非穩態諧振腔模型
 
□ 為諧振腔設計提供的特殊功能
 
□ Seidel, Zernike, 和相位光柵像差分析
 
□ 平滑隨機數波前像差(smoothed random wavefront aberrations)
 
□ 透鏡和反射鏡數組
 
□ 變量數組,可達1024x1024
 
□ 方形數組和可分離的衍射理論
 
□ 多重,獨立的激光束追跡傳輸
 
□ 自動傳輸技術控製
 
□ 薄片增益模型
 
□ 全局坐標係統
 
□ 任意的反射鏡位置及方位設置
 
□ 幾何像差
 
□ 大Fresnel數係統模擬
 
□ Zonal自適應光學模型(Zonal adaptive optics model)
 
□ 相位共軛(phase conjugation)
 
□ 極化模型
 
□ 部分相幹光模型
 
□ 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值孔徑(NA)物鏡進行分析
 
□ M-平方因子評價
 
□ 相位修正的優化
 
□ 模擬退火優化(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 
 
□ 優化:
1.任意結構的最小二乘優化(least squares optimization) 
2.使用者自定義評價函數(merit function) 
3.任何的係統參數都能進行優化 
 
□ 幾何光學:
1.精密表麵配合光線追跡
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

 
剪切幹涉儀

 
大氣熱暈

 
諧振腔分析

 
模式競爭

 
調Q激光器輸出特性



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