前言
[z\ba L| D^h!
].3
T GLAD是由美国Applied Optics Research（AOR）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的美国亚利桑那州立大学任教，在物理光学特别是激光领域拥有三十多年的研究经验。目前GLAD软件已经被国内外众多研究机构和公司作为仿真评估工具广泛使用。
!w UznyYwt ugXDnM[S% 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。
C Avi P61T 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。
$bKXP( .7
) oWd! GLAD的应用领域包括：（1）包含传统光学元件，如各种
透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析；（2）光束质量的分析和评价；（3）二元衍射光学元件的分析；（4）各种波导的分析；（5）激光系统的分析：无源腔性能分析，含各类增益介质的有源腔分析；（6）多种非线性过程的模拟。
!4#qaH-Q 4~A$u^scn 为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能，熟悉GLAD的使用，本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读，希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。
l
x;87MDs 不当之处，敬请指正！
&n8Ja@Y] qT$ IV\;_ _ 1Rw~}O 目录
` ;mQ"lO 前言 2
OY(CB(2N 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
Jlb{1B$7 2、带有反射壁的空心波导 7
s*
u1n+Zq 3、二元光学元件建模 14
yKrb GK*=_ 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
N LQ".mM+ 5、大气像差与自适应光学 26
(Nz`w 6、热晕效应 29
j 7:r8? G 7、部分相干光模拟 34
9[ X'9* , 8、谐振腔的
优化设计 43
55ec23m 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
6q'Q ?Uw^ 10、非稳环形腔模拟 53
l=" X|t 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
Xu~N97\G 12、体全息模拟 63
"
wT?$E 13、利用全息图实现加密和解密 68
'OTZ&;7{ 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
%E#Ubm! 15、拉曼放大器 80
-3?
<Ja 16、瞬态拉曼效应 90
&qP ezyt 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
un!v1g9O 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
| S).,B 19、光学参量振荡器 109
wmVb0~[ 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
ZZ {c 21、ZIG-ZAG放大器 122
`WCL-OoZc5 22、多程放大器 133
4yqYs> 23、调Q激光器 153
*p9)5 24、
光纤耦合系统仿真 161
ORP<?SG55u 25、相干增益模型 169
h4K Mhr 26、谐振腔往返传输内的采样 181
JAjiG^] 27、光纤激光器 191
WvF{`N zRLJ| ejMP GLAD案例索引手册
2`;XcY4A 8 Uh|V& 目录
5tkKd4VfL <X{w^
cT_Q 目 录 i
a%HN z_ro 
Hicd
-' GLAD案例索引手册实物照片
@+zWLq!1pB GLAD软件简介 1
3'6 UvAXFH Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
Go:(R {P Ex1a: 基本输入 2
j3% Wrt Ex1b: RTF命令文件 3
t {1 [Ip Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
2/t; }pw8 Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
4?@#w>( Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
[~|k;\2 + Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
6J JA"] ` Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
uUHWTyoO
Ex3: 单位选择 7
s}Go")p<: Ex4: 变量、表达式和数值面 7
]smu~t0\ Ex5: 简单透镜与平面镜 7
5CcX' *P Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
b@4UR< Ex7: mirror/global命令 8
.eVX/6, Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
e J<P Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
iJ *Wsp Ex8b: 离轴单抛物面 12
3k>#z%// Ex8c: 椭圆反射镜 12
: epB:r Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
c-NUD $ Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
mY J8O$ Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
JBw2#ry Ex10: 宏、变量和udata命令 17
?P|z,n{ Ex11: 共焦非稳腔 17
52#
*{q} Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
'>1M~B Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
fX,O9d$ Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
/<[_V/g[t? Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
&@|? % Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
[ywF!#'){ Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
yp=sL' E Ex13: 相位像差 20
<W3p! Ex13a: 各种像差的显示 21
Wwn Be"7M Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
iKu3'jZ/O Ex14: 光束拟合 23
hmLI9TUe6 Ex15: 拦光 24
OPq|4xu Ex16: 光阑与拦光 24
*UW 8|\; Ex17: 拉曼增益器 25
tGl|/ Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
Zp_j\B Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
{U3jJ#K Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
0^J%&1a Ic Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
5 z3WRg Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
KgD$P(J:[ Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
x~Z7p)D_< Ex24: 大气像差与自适应光学 31
6?US<<MQ Ex24a: 大气像差 32
3K~^H1l Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
?uTuO
Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
rttKj{7E Ex25: 地对空激光通讯系统 32
bL0]Yuh Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
]P7gEBi Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
`aX+Gz? Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
%j1 7QD8 Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
F+R1}5-3cl Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35
&e).l<B Ex28: 相位阵列 35
r/NaoIrJV Ex28a: 相位阵列 35
s/~[/2[bnf Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
:&z!o"K Ex29: 带有风切变的大气像差 35
!}U3 {L- Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
Dqwd=$2% Ex31: 热晕效应 36
]!P6Z? Ex31a: 无热晕效应传输 37
5M)B Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
^_G#JJ\@$ Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
~v/`
`s Ex32: 相位共轭镜 37
qx >Z@o Ex33: 稳定腔 38
CP"5E?dcK Ex33a: 半共焦腔 38
MxGQM> Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
zN +jn Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
>yVrIko Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
x?0(K=h, Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
u\xrC\Ka Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
0VR,I{<.{ Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
t *BCpC } Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
UDcr5u eKn Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
9_& ]7ABV Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
GP ^^
K Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
A9DFZZ0 Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
si]MQ\i+ Ex33l: 谐振腔耦合 43
{ByKTx & Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
'X &"(M Ex34: 单向稳定腔 45
~] W
@+\l Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
E'8XXV^I?P Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
'S
v
V10$5 Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
Bgsi$2hI Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
/N/j wLr Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
V~o 'L#a Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
Z$Qwn Ex36: 有限差分传播函数 57
r `)'Kd Ex36a: FDP与软孔径 58
DBvozTsF~ Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
$'*{&/@ Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
^eRbp?H*T Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
,FRa6; Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
M6]:^;p' Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
KV{ Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
4.kn , s Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
4 l+z Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
!]7L9TGn Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
@Y9tkJIt Ex38: 剪切干涉仪
9a1R"% Z 62
_a?x)3\v Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
h;cw=G Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
6@(o8i Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
1 Sns$t%b Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
* a(GG Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
E`wq`g`H< Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
+H?
XqSC Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
YB{'L +Wbw Ex46: 光束整形滤波器 68
r0'a-Mk; Ex47: 增益片的建模 68
gI Gi7x Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
Z y6kA\q Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
w);Bet Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
[ NGq$5 Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
R\6dvd Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
C6tfFS3bq Ex48: 倍频 70
A4 L.bB l Ex49: 单模的倍频 71
\/ Zo*/ Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
-3y
$j+ Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
'J0Ea\,if0 Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
shY8h
Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
mI ;\ UOh' Ex52: 锥像差 72
Ci3
b(KR Ex53: 厄米高斯函数 74
E.x<J.[Y Ex53a: 厄米高斯多项式 75
QT"o"B Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
weOga\ Ex54: 拉盖尔函数 75
1l}fX}5%I; Ex55: 远场中的散斑效应 75
^NxKA'oWQ Ex56: F-P腔与相干光注入 75
0SZ:C( ] Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
Z+Fh I^ Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76
/)We g1b Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76
(gutDUO; Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
4%jQHOZ Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
fhki!# E8M Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
/ EVXkf0 Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
$cO-+Mr-~ Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
. Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
TPi{c_
] Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
[hiV # Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
H ;HFen| Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
<+<,$jGC- Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
#<w2 xR]: Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
Gkdxw uRw Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
}A<fCm7 Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
@ `SlOKz!= Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
$ h1p L>^J Ex60a: 对散焦的简单优化 80
~ #P` 7G Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
&:=[\Ws R Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
)EsFy6K: Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
PW* [( VX Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
mGUG Ex61: 对加速模型评估的优化 82
%cq8% RT Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
R+=Xr<`%U| Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
`S]DHxS Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
6?l|MU"Q. Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
}pT>db Z Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
XiyL563gh Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
T FK#ign Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
#\O?|bN'q Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
;E\ e.R Ex67a: 六边形透镜阵列 88
tj" EUqKQ Ex67b: 矩形透镜阵列 88
) ! l1 Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
\.`{nq Ex67d: 矩形柱透镜 88
<IQ}j^u-F Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
ZX40-6#O Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
ztaSIMZ Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
cq 1)b\ | Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
4AN(4"$N Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
a +`;:tX, Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
D^H4]7wG@ Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
R lmeZy4.
Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
V_ H0z Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
@9h6D<? Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
{mB &xz:b Ex69c: 速率方程与单步骤 92
Dc Nwtts Ex69d:
半导体增益 92
/h K/t; Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
\.MPjD Ex69f: 速率方程的数值举例 93
P{>-MT2E Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
x1 1ug Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
M_#^zo
"x Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
O['5/:- Ex69j: 稳态速率方程的解 93
ap .L= vn Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
S>EO6z# Ex70: Udata命令的显示 93
9*xv
,Yz8 Ex71: 纹影系统 94
GuRJ Ex72: 测试ABCD等价系统 94
YR0.m%U, Ex73: 动态存储测试 95
fzjZiBK@ Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
d)v'K5 Ex75: 锥面镜 95
NGuRyZp69& Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
95BRZ!ts Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
)E=~
_`XO Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
)gKX +' Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
[7=?I.\Cr7 Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
)ZDqj 。。。。后续还有目录
_{0 IX 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系
$ ud\CU:r 6vebGf 
