Lightwave Explorer je softver otvorenog koda za simulaciju nelinearne optike, osmišljen da bude brz, vizuelno pregledan i prilagodljiv, kako bi studentima i istraživačima omogućio da se igraju sa ultrakratkim laserskim impulsima i nelinearnom optikom — bez potrebe da najpre kupe pravi laser. Podržava izračunavanja pomoću CUDA i procesora (CPU). Njegova svrha i ciljevi su:
Python modul za jednostavnu obradu rezultata nakon simulacije
Lako proširiva baza podataka o materijalima
Više fizičkih modela, uključujući jednosmernu nelinearnu talasnu jednačinu i metode zasnovane na konačnim razlikama u vremenskom domenu (FDTD)
Optimizovan kod koji omogućava simulaciju složenih sistema u 3D prostoru: pravi laserski impulsi mogu biti neuredni — a ako nisu pre nelinearnog kristala, velika je verovatnoća da će to postati posle. Višedimenzionalne simulacije omogućavaju istraživanje neobičnih prostor-vremenskih sprezi. Na raspolaganju su opcije za veoma brze simulacije kada postoji određena simetrija (npr. cilindrična), kao i potpuna 3D propagacija
Grafički interfejs koji vam omogućava da vidite šta radite
Fleksibilan režim slaganja elemenata u sekvencu: ne samo nelinearni kristali, već i sferna ili parabolična ogledala, otvori (aperture), filteri, propagacija kroz slobodan prostor i još mnogo toga
Rutine za prilagođavanje (fitovanje) i optimizaciju
- Open‑source simulator za nelinearnu optiku, razvijen od strane Nicka Karpowicza iz Max Planck Instituta edmond.mpg.de+13github.com+13youtube.com+13.
- Dizajniran da bude brz, vizuelan i prilagodljiv, za istraživače i studente koji žele raditi sa ultrakratkim laserskim impulsima bez potrebe za fizičkim laserima flathub.org+3github.com+3nginx-flathub.apps.openshift.gnome.org+3.
- Napisano u C++/CUDA, uz podršku i za SYCL i OpenMP, što omogućava izvođenje na GPU (NVIDIA), Intel/AMD GPU i CPU flathub.org+4github.com+4github.com+4.
🧩 Ključne funkcionalnosti
- Baza materijala: ljudski čitljiva baza parametara (tensor koeficijenata i druge vrednosti); lako je proširiva novim materijalima .
- Više fizičkih modela: podržani su i unidirekcioni nelinearni talasni jednačini (UPPE) i metode konačnih razlika u vremenu (FDTD) github.com+5attoworld.de+5flathub.org+5.
- 3D simulacije: optimizovan kod omogućava brze analize, koristeći simetrije (cilindrične itd.) ili potpuno 3D obrade .
- Vizuelizacija i GUI: GTK4 grafički interfejs prikazuje real‑space i momentalne (momentum-space) polјa tokom simulacije nginx-flathub.apps.openshift.gnome.org.
- Sekvencijalni režim: omogućava nizanje elemenata poput kristala, ogledala, filtera, apertura i propagaciju kroz slobodan prostor .
- Fitting i optimizacija: koristi globalne algoritme (npr. iz Dlib biblioteke) za rešavanje inverznih problema i podešavanje parametara flathub.org.
- Python modul i postprocessing: rezultati se čuvaju u binarnim fajlovima, uz podršku za Python (Jupyter notebook) i čak MATLAB .
- Multi-platforma: funkcioniše na Windows, Linux i macOS, uz mogućnost kompilacije za CUDA, SYCL i OpenMP github.com+1github.com+1.
- Implementacija na klasterima: podržan CLI i SLURM integracija za batch/cluster izračunavanja .
📚 Objavljeni rad i primeri upotrebe
- Objavljeno kao članak “Open-source, heterogeneous, nonlinear optics simulation” u Optics Continuum (2023) flathub.org+11attoworld.de+11edmond.mpg.de+11.
- Korišćen u naučnim radovima o stabilizaciji single-cycle impulsa @ 2.2 μm (Optica, 2023) i drugim eksperimentalnim studijama github.com.
🎥 Video tutorijali
- Tutorial 1 – brzi uvod, simulacija SHG i OPA youtube.com+2github.com+2github.com+2.
Tutorial FDTD – prikaz simulacije koristeći FDTD pristup attoworld.de+3youtube.com+3youtube.com+3.
Dodavanje novog kristala – tutorijal koji objašnjava kako proširiti bazu .