前言
kiFTx
&gf bqAv)2 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。
85 tQHm6j X} v]iX 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。
%Ot^G%34 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。
~Xg@,?Zr IU`&h2KZ. 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。
PuhF bgxy )_nc;&%w 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。
)Aky :kM$ 不当之处，敬请指正！
xA9 {o+ s:y=X$&M :8bz+3p 目录
.^S#h
(A 前言 2
b;O|-2AR 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
Y&k6Xhuao 2、带有反射壁的空心波导 7
<tbsQ3 3、二元光学元件建模 14
F? kW{,* 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
b_]14 v 5、大气像差与自适应光学 26
X|F([,o 6、热晕效应 29
MhZ T<6 7、部分相干光模拟 34
0 ej!!WP 8、谐振腔的
优化设计 43
L+PrV y 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
<5Jp 2x# 10、非稳环形腔模拟 53
7)NQK9~ 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
P2h}3%cJq 12、体全息模拟 63
&z r..i4O 13、利用全息图实现加密和解密 68
mT8($KQ 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
YN
~ 7 nOw 15、拉曼放大器 80
Fa$ pr` 16、瞬态拉曼效应 90
)}
y1 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
V Z[[zYe 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
D^Bd>E y4 19、光学参量振荡器 109
|:s 4#3 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
a(Bo.T<2@ 21、ZIG-ZAG放大器 122
A|V
|vT7cb 22、多程放大器 133
Pgs^#(^> 23、调Q激光器 153
tdn[]|= 24、
光纤耦合系统仿真 161
N&!qu r \ 25、相干增益模型 169
YB h : 26、谐振腔往返传输内的采样 181
}MDu QP] 27、光纤激光器 191
n)w@\ Uy c z F'{{7o GLAD案例索引手册
dwKre#4F *K6 V$_{S 目录
vIrLG1E K 1\q2;5 目 录 i
\Clz#k8l1 
8W 9%NW3& GLAD案例索引手册实物照片
W
:PGj0? GLAD软件简介 1
sA IL+O Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
SnRTC<DDh Ex1a: 基本输入 2
q79)nhC F Ex1b: RTF命令文件 3
&_
Ewu@4 Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
$Xw .iN]g Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
<D4.kM Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
ik77i?Hg Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
nJF"[w, ? Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
`?PZvGi Ex3: 单位选择 7
.}6 YKKqS Ex4: 变量、表达式和数值面 7
Rx*T7*xg{ Ex5: 简单透镜与平面镜 7
|lIkmW{ Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
P$Y<
g/s 4 Ex7: mirror/global命令 8
W$@q
~/E Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
A+3@N99HeH Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
I.j`h2 Ex8b: 离轴单抛物面 12
gM 20n^ Ex8c: 椭圆反射镜 12
C_?L$3 U0 Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
TS muNCR Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
uAR!JJ Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
n *%<!\gJ Ex10: 宏、变量和udata命令 17
6Tx Z^&= Ex11: 共焦非稳腔 17
B2%)G$B Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
YMwM aU)K, Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
Dg/&m*Yl Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
M ]W'>g)G Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
I+w 3It Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
_/ZIDIn Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
|Sy | E Ex13: 相位像差 20
?@ l9T)fF Ex13a: 各种像差的显示 21
"/6( Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
:k075Zr/#D Ex14: 光束拟合 23
ts3%cRN r Ex15: 拦光 24
L 4'@f Ex16: 光阑与拦光 24
V<
0gD?K x Ex17: 拉曼增益器 25
@0?Mwy! Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
Er Ji
Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
|x 2>F
Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
*'vX:n&t Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
<O&L2E @~f Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
/s(/6~D| Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
QP)-O*+AA Ex24: 大气像差与自适应光学 31
4QdY"s ( n Ex24a: 大气像差 32
s
d>&6 R^ Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
/sH3Rk.> Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
7_d gQI3y Ex25: 地对空激光通讯系统 32
{*As-Y:'F Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
Vp\BNq_!s Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
Ec[=~>;n{l Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
zF.rs NY Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
{Lb NKjn 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
-<sn+-uE: Ex28: 相位阵列 35
Z&@X4X"q Ex28a: 相位阵列 35
.GM &]Hb Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
:S0r)CNP Ex29: 带有风切变的大气像差 35
bS<lB! Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
QS,IM >Nr Ex31: 热晕效应 36
VjSb>k Ex31a: 无热晕效应传输 37
@3c5" Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
xIf,1g@Cq9 Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
Axhe9!Fm Ex32: 相位共轭镜 37
nZ h L Ex33: 稳定腔 38
.JZoZ.FAb Ex33a: 半共焦腔 38
Cp&lS= Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
QQ!%lbMK] Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
<w(UDZ Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
wy <m&M<Gr Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
u O >$,s Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
Ku*@4#<L6h Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
SJ^.#^) Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
THWT\3~, Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
U_m<W$"HF Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
9kuL1tcY Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
U")~bU Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
<33[qt~ Ex33l: 谐振腔耦合 43
cBBc ^SR Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
PQ<""_S|| Ex34: 单向稳定腔 45
X{P_ HCd Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
FF6[qSV Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
rXuhd [!(P Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
)TFaG[tj Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
4K[ E3aA Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
mS6
#\'Qa Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
_-x|g~pV* Ex36: 有限差分传播函数 57
O9o YuC :q Ex36a: FDP与软孔径 58
9e^ [5D=L Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
J "yO\Y Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
iK N~fGRc Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
g+t-<D "L5 Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
6A;V [ 3 Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
;U<;R Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
4 FW~Y Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
hU3c;6]3 Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
>K1)XP Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
"yXKu)_ Ex38: 剪切干涉仪
g2 JNa?z 62
<w`
R ; Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
H ifKa/}P8 Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
57* z0< Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
B BbGq8p Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
0=# :x()e Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
$[T^ S Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
[-_ 3Zr Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
CeSr~Ikg| Ex46: 光束整形滤波器 68
ci0)kxUB F Ex47: 增益片的建模 68
vm"LPwSk> Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
c [sydl Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
B\r 2M`N5 Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
~m8" .Z" Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
Zy|B~.@<j Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
9+ nB;vA Ex48: 倍频 70
d&4 ve Lu Ex49: 单模的倍频 71
H<#M) 8 Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
JGOry \ Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
ztTj2M" Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
?1*Ka Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
d00#;R Ex52: 锥像差 72
Y#S<:,/sb? Ex53: 厄米高斯函数 74
h:-ZXIv? Ex53a: 厄米高斯多项式 75
3_|<CE6 Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
8=CdO| XV Ex54: 拉盖尔函数 75
r/}q=J. Ex55: 远场中的散斑效应 75
T\I}s"d Ex56: F-P腔与相干光注入 75
Ok2KTsVl Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
%V71W3>6WS 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
pYf57u 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
1 DgR V7 Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
g"ha1<y< Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
`-W.uOZ0 Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
` qnp Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
7aRtw:PQn Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
S "'0l S
Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
"BT*9N=| Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
O2;FaAS F Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
q;Tdqv!Ju Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
H
xs'VK* Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
]xC#XYE:dy Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
WJWi'|C4 Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
\~ m\pf? Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
s|F}Abx,^ Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
(VD Y]Q) Ex60a: 对散焦的简单优化 80
bCMo8Xh Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
(rqc_ZU5 Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
T<yAfnTb` Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
~hD!{([ Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
\c}_ !.xj" Ex61: 对加速模型评估的优化 82
v+Eub;m Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
0Dtew N{Z Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
p 4_j>JPv5 Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
Ip ro6
I Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
@<kY,ox@~ Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
oCfO:7 Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
5. ibH Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
-Zq \x' Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
$B%wK`J Ex67a: 六边形透镜阵列 88
hr$W t ?B Ex67b: 矩形透镜阵列 88
3LGX ^J<f Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
Drm#z05i[g Ex67d: 矩形柱透镜 88
/2^"c+/'p Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
!LI6_Oq Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
JLd-{}A""- Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
"5<:Dj/W Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
@$}Ct Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
$7h]A$$Fv Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
L~oy|K67 Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
H jhgu= Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
P:D;w2'Q Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
W( pq _H' Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
Q g~cYwX Ex69c: 速率方程与单步骤 92
7 Tb[sc' Ex69d:
半导体增益 92
Ri>4:V3K Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
c wNJ{S+ Ex69f: 速率方程的数值举例 93
Q,nJz*AJ Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
Y5c,O>T5Y Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
T:T` M:C. Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
5(zdM)Y7 Ex69j: 稳态速率方程的解 93
9?X8H1 Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
:@uIEvD? Ex70: Udata命令的显示 93
d1P|v(
`S9 Ex71: 纹影系统 94
s&h J[$i Ex72: 测试ABCD等价系统 94
GCf,Gfmr Ex73: 动态存储测试 95
_(zZrUHB Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
M"Dv -#f Ex75: 锥面镜 95
LBxmozT Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
?(Se$iTZ Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
Ii9[ [I Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
\sMe2OL#z Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
apOXcZ Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
D @2L<!\ 。。。。后续还有目录
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