前言
pgC d CT| z[^ 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。
L30>| g :lgHL3yl 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。
aL88E
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。
7raSf&{&6b BTO A &Ag 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。
)V=0IZi _o\>V:IZ 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。
Ynvj; 不当之处，敬请指正！
aPp rMQ5 )X7e$<SU* I4rV5;f
H4 目录
`tX@8| 前言 2
`GP Q((la 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
UMT\ Q6p 2、带有反射壁的空心波导 7
Cy`26[E$S 3、二元光学元件建模 14
*U
M! ( 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
|pBMrN+is 5、大气像差与自适应光学 26
}6<) yW}U 6、热晕效应 29
>J.Qm0TY( 7、部分相干光模拟 34
n;%y 8、谐振腔的
优化设计 43
w2k<)3 g~ 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
Ah*wQow 10、非稳环形腔模拟 53
FQ U\0<5 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
,E%1Uq" 12、体全息模拟 63
Z*h43 13、利用全息图实现加密和解密 68
5bXHz5i 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
)^&,Dj 15、拉曼放大器 80
Ky *DfQA 16、瞬态拉曼效应 90
8}bZ [ 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
y">fN0{< 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
yE}BfU { . 19、光学参量振荡器 109
[$^A@bqk 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
10?qjjb& 21、ZIG-ZAG放大器 122
XjxPIdX_H 22、多程放大器 133
^/k , 23、调Q激光器 153
$.wA?`1aSk 24、
光纤耦合系统仿真 161
Mxo6fn6-46 25、相干增益模型 169
/oFc 03d 26、谐振腔往返传输内的采样 181
R0vww_ fz 27、光纤激光器 191
B=r0?%DX"1 cI3 y GLAD案例索引手册
W,DZ ;). % !Qcir&]C> 目录
YwGH G{?e 3I]Fdp)' 目 录 i
w DMjk2 YN 
3^XVQS*** GLAD案例索引手册实物照片
|gW
GLAD软件简介 1
V'j@K!)~xR Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
nx B32 Ex1a: 基本输入 2
DKTD Z* Ex1b: RTF命令文件 3
La9r Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
n08;
< Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
^Z#@3 = Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
'#A :.P Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
IfMpY;ow= Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
+qhnP$vIe Ex3: 单位选择 7
7-X/ >v Ex4: 变量、表达式和数值面 7
H'Ln
P>@n# Ex5: 简单透镜与平面镜 7
gM#jA8gz Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
3 " Yif Ex7: mirror/global命令 8
(')(d
HHW Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
VRF6g|0; Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
k1#5nYN. Ex8b: 离轴单抛物面 12
Ny ^'IUu Ex8c: 椭圆反射镜 12
{OCJ(^8i Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
)&,K 94
Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
N
xFUO0O3 Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
1[s0Lz Ex10: 宏、变量和udata命令 17
g_vm&~U/' Ex11: 共焦非稳腔 17
O# : &*Mv Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
\_ 9rr6^ " Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
m 6i%DE Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
R*bmu Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
H2U:@.o2& Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
%'0&ElQ Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
qp&4 1 Ex13: 相位像差 20
bAiJn< Ex13a: 各种像差的显示 21
?mU\
N0o Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
h>klTP M> Ex14: 光束拟合 23
5kn+
>{jh` Ex15: 拦光 24
(' 4wXD]C Ex16: 光阑与拦光 24
! Mo`^ t Ex17: 拉曼增益器 25
L M
/Ga Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
n =o_1M| Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
DW|vM pU]u Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
63M=,0-Qt Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
#tDW!Xv? Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
OKAkl Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
@5E,:)T*wR Ex24: 大气像差与自适应光学 31
yFjVKp'P Ex24a: 大气像差 32
`Mk4sKU\a Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
:Q7mV%% Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
xA #H0?a] Ex25: 地对空激光通讯系统 32
M{E{N K Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
2h q>T& 8 Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
k>5 O`Y: Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
uPLErO9Es[ Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
mU@xc N 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
mmP U
Ex28: 相位阵列 35
{/|qjkT&W Ex28a: 相位阵列 35
($>XIb9f Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
/:p8I6; Ex29: 带有风切变的大气像差 35
{G*OR,HN Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
!ni>\ lZ Ex31: 热晕效应 36
?WHy0x20 Ex31a: 无热晕效应传输 37
FN?3XNp. Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
10O$'` Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
;#/0b{XFj Ex32: 相位共轭镜 37
EB,4PEe: Ex33: 稳定腔 38
Q9sl fQ Ex33a: 半共焦腔 38
*aRX \ TnN Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
re`t ]gzb Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
CW`!}yu% Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
Z 0* %Rq Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
N wtg%; Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
Hg+
F^2<y Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
}l;Lxb2` Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
.Dw,"VHP Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
K)N 0,Qwu Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
u
#~ ;&D*q Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
wC`
R>) Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
&&7r+. Y Ex33l: 谐振腔耦合 43
FS@A8Bb Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
Nfn(Xn*J- Ex34: 单向稳定腔 45
LchnBtjn Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
7bF*A YM Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
f /y` Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
v>m n/a Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
?WFh',`: Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
|W7rr1]~S Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
cdTsRS;E Ex36: 有限差分传播函数 57
s'u(B]E Ex36a: FDP与软孔径 58
(
u`W!{1\ Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
YRcps0Dx9 Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
fn}UBzED\ Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
C@gXT]Q
0} Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
!')y&7a~ Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
'\~^TF i Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
YnTB&GPxl Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
#YK5WTn5 Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
~?U*6P)o Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
I1"MPx{ Ex38: 剪切干涉仪
UVEz;<5@\ 62
g^~Kze Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
uaw < Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
||e AE) Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
7r
0,>
3" Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
z"
QJhCh7 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
ig_2={Q @ Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
11UB4CA Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
kXc25y'blP Ex46: 光束整形滤波器 68
EKZVF`L Ex47: 增益片的建模 68
Z|* !y]We Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
vkcRm`. Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
n(vDytrj; Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
\2kPq>hu
Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
B'we ok Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
!GK$[9 Ex48: 倍频 70
r\M9_s8 Ex49: 单模的倍频 71
.EP6oKA Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
>e& :`2%. Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
m~` >`4 Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
G|u3UhyB Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
-1r2 K Ex52: 锥像差 72
>-)h|w i Ex53: 厄米高斯函数 74
AuiFbRFi Ex53a: 厄米高斯多项式 75
0 P|&Pq&IH Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
NAr1[{^E, Ex54: 拉盖尔函数 75
:k,Q,B.I Ex55: 远场中的散斑效应 75
d- E4~)Qy Ex56: F-P腔与相干光注入 75
oC |WB S Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
E ]} n( 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
Nt -<W+, 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
&KC!*}<tx Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
Sp Sn oVI Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
t+TYb#Tc Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
X% {'<baR Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
6oL1_) Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
$t =O: Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
jE/oA<^ Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
u{f*
M,k Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
8im@4A +n` Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
r/:%}( 7; Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
C Ac
%f9!3 Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
~H /2R Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
j 6)Y Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
!~iGu\y Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
>_ \<E!j Ex60a: 对散焦的简单优化 80
"$^0%- Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
Ug"rJMZG Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
(9RslvK L Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
gn1(4
o Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
-$a>f4] Ex61: 对加速模型评估的优化 82
i+vsp@d Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
m
<k!^jp Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
mZvG|P$} Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
oQ2KW..q Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
,^s Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
edC 4BHE Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
4&X*pL2; Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
c6AWn>H Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
5,KWprb Ex67a: 六边形透镜阵列 88
v K '?:}~ Ex67b: 矩形透镜阵列 88
+Ov2`O8? Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
C 2F0tr| Ex67d: 矩形柱透镜 88
{padD p Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
~6[*q~B Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
~Gv#iRi> Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
& eZfQ27$ Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
2%UBw SiqR Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
-V<t-}h. Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
V64L,u#`l Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
z01>' Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
U8QX46Br Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
fy s Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
pw020}` Ex69c: 速率方程与单步骤 92
u Q Co6"e Ex69d:
半导体增益 92
peVq+(=. Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
2 h |e Ex69f: 速率方程的数值举例 93
l}g;'9ZB Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
v90T{1+M|4 Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
}=}>9DS M Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
arZ@3]X%a Ex69j: 稳态速率方程的解 93
VHUW]8We Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
v:_B kHN' Ex70: Udata命令的显示 93
f"5g>[ 1 Ex71: 纹影系统 94
wsfd8T4 Ex72: 测试ABCD等价系统 94
<9A@`_';Aq Ex73: 动态存储测试 95
TYgQJW? Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
zsl,,gk9Y Ex75: 锥面镜 95
N=1JhjVk" Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
90N`CXas Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
%"$@%"8;3 Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
g[z.*y/ Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
n-;y*kD Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
v"DL'@$Ut{ 。。。。后续还有目录
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