前言
Jo0x/+?,+
jG#sVK] 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。
4dP_'0]9A: iDs jIW\j 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。
K]l) z* I 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。
: .,I4>b2 j3>< J 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。
&AVi4zV M*N8p]3Cq 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。
#z.x3D@^r6 不当之处，敬请指正！
ZSNg^)cN <# -ERQw :?J$ +bm} 目录
EbQ} w"{ 前言 2
m 78PQx
H 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
iu 'yB 2、带有反射壁的空心波导 7
/<@tbZJ*8 3、二元光学元件建模 14
]nh)FMo 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
;z68`P- 5、大气像差与自适应光学 26
;b^ @o,= 6、热晕效应 29
809-p_)B 7、部分相干光模拟 34
;/.Z YTD 8、谐振腔的
优化设计 43
-_3.]o/J 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
!`gg$9 10、非稳环形腔模拟 53
! [X<> 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
y[cAU:P? 12、体全息模拟 63
lQzrf"N' 13、利用全息图实现加密和解密 68
fOJy Y[ 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
z! % }0 15、拉曼放大器 80
rZEu@63 16、瞬态拉曼效应 90
]%." 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
x^ "OH 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
e/6oC~#] 19、光学参量振荡器 109
;p/@t r9 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
[ ,dsV d 21、ZIG-ZAG放大器 122
D+V^nCcx% 22、多程放大器 133
c1`o3gb 23、调Q激光器 153
~VOmMw4HV 24、
光纤耦合系统仿真 161
E=y#~W 25、相干增益模型 169
C9h8d 26、谐振腔往返传输内的采样 181
:X^B1z3X4 27、光纤激光器 191
vv u((b xASj w? GLAD案例索引手册
Wq4?`{ pnD#RvmW2e 目录
#ua#$&p }IV7dKz l 目 录 i
QMIXz [9w 
C8?/$1|RL GLAD案例索引手册实物照片
[8"nRlXH GLAD软件简介 1
pO^
6p% Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
<AVpFy Ex1a: 基本输入 2
G~JQcJFj Ex1b: RTF命令文件 3
O/Fzw^ Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
J wO+Dd Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
N5_v}<CN Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
'D1@+FFU0 Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
=X`/.:%|[ Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
/4|qfF3 Ex3: 单位选择 7
,Yo I n Ex4: 变量、表达式和数值面 7
i@2?5U>h Ex5: 简单透镜与平面镜 7
K= 69z Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
b;yhgdFx Ex7: mirror/global命令 8
R}0c O^V Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
(i`DUF'#y Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
aAX 8m Ex8b: 离轴单抛物面 12
xkX,
l{6 Ex8c: 椭圆反射镜 12
)b
=$ ! Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
i_MDLS>- Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
S\C Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
Q/< $ (Y Ex10: 宏、变量和udata命令 17
AIE)q]'Q Ex11: 共焦非稳腔 17
^x q%P2s0 Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
X \ h]N Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
,xGlWH wrY Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
DzYno -]A] Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
"8-]6p3u Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
9 Hm!B )Y Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
Tkd4nRo~ Ex13: 相位像差 20
;a68>5Lm* Ex13a: 各种像差的显示 21
s?=J#WV1y Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
XpM#0hm Ex14: 光束拟合 23
t+vn.X+& Ex15: 拦光 24
sl)_ HA7G Ex16: 光阑与拦光 24
%3q@\:s Ex17: 拉曼增益器 25
~< |xS
Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
HMBxj($eR Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
b2Ct^`|M5 Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
c=Z X7U Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
%DiZ&}^Ck Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
8(BLS{-"< Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
1{DHlyA6g Ex24: 大气像差与自适应光学 31
gP<l Ex24a: 大气像差 32
vXyaOZ Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
LaLA }1!
Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
=6? 3c\ Ex25: 地对空激光通讯系统 32
5:O"T Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
+ ('jqbV Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
{4#'`Eejj Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
4).q+{#k Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
@$Y`I{Xf 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
h8n J$jg Ex28: 相位阵列 35
K SLyU1W Ex28a: 相位阵列 35
sR #( \ Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
>V NMQ Ex29: 带有风切变的大气像差 35
NC0x!tJ#7 Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
Lx2.E1?@ Ex31: 热晕效应 36
3C.bzw^ Ex31a: 无热晕效应传输 37
nE,"3X" Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
kRG-~'f%` Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
Vk[ m $ Ex32: 相位共轭镜 37
_pW\F(+8 Ex33: 稳定腔 38
C#(4>' Ex33a: 半共焦腔 38
H ]YPMG< Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
c>I^SY(r% Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
zX(p\ NU Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
2c} >} A 4 Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
E_-CsL% Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
pi+m`O Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
w$ {=]h*2 Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
J8( v 65 Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
eja_+`cJ Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
3TO$J Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
Dk8"
H >* Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
M,:GMO:?a Ex33l: 谐振腔耦合 43
O7:JG[tR* Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
~^ G k7 Ex34: 单向稳定腔 45
7LKNEll Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
Q;SMwCB0M Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
Q-(t w h Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
><5tnBP|+L Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
u|APx8?"o Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
YG<?|AS/ Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
S_aml Ex36: 有限差分传播函数 57
D24@lZ`g~ Ex36a: FDP与软孔径 58
|no '^ Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
= p:D_b Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
#\ o
VbVq Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
T+RfMEdr Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
'ym/@h7h Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
6 C;??Y>b Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
<Sb W
Q bN Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
$
^m_M.1 Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
X5'foFE' Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
U!TFFkX[ Ex38: 剪切干涉仪
^HQg$}= 62
mRFcZ.7 Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
1]m]b4] Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
h )fi9 Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
{088j?[hzk Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
gVl%:Ra% Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
R"VmN2 Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
u.gnv dU Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
aB+Ux<
- Ex46: 光束整形滤波器 68
p.n+m[ Ex47: 增益片的建模 68
ZFY t[: Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
C UaI 66 Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
k7 W7S`H
Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
&U *=D8!0 Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
[0w @0?[ Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
_T 7t q Ex48: 倍频 70
?` 3` azfM Ex49: 单模的倍频 71
f^Lw3|rq4 Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
a$ l Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
Rku9? zf^ Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
&ScADmZP^d Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
+x\b- ' Ex52: 锥像差 72
8.ll]3)) Ex53: 厄米高斯函数 74
Yw vX SA Ex53a: 厄米高斯多项式 75
: ) SLi Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
mvyqCOp 0 Ex54: 拉盖尔函数 75
D4?5 % s Ex55: 远场中的散斑效应 75
!
jm> Ex56: F-P腔与相干光注入 75
}1f@>'o Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
BC =U6>`/ 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
ri<E[8\ 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
K1AI:$H Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
%+y nrg- Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
|<t"O Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
2j+v\pjYC Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
J*vy-[w Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
R_e{H^pY^ Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
K!VIY|U Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
a$y=+4L Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
>
SU2Jw Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
gBA
UrY%] Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
, |,DXw Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
nlQ<Aa-% Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
t9685s Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
Pwn"!pk Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
7@NAk y( Ex60a: 对散焦的简单优化 80
-K9bC3H Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
nw){ }g Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
AL74q[> Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
z|; 7;TwA Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
HS =qK Ex61: 对加速模型评估的优化 82
Av:5v3% Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
fgVeB;k| Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
/ ldE (!^n Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
g}
7FR({b Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
-
|n\
Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
"E =\Vz Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
TR/'L!EE Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
5- 3`@ (/ Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
x2(!r3a Ex67a: 六边形透镜阵列 88
1bs 8fUPB3 Ex67b: 矩形透镜阵列 88
~$-Nl Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
!r]elX Ex67d: 矩形柱透镜 88
_-$O6eZ Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
&rj3UF@hb Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
u4*7 n-( Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
">PpC]Y1 Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
Nn5 z Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
JD rh-6Zgj Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
P{v>o,a. Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
Xo]QV.n Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
a "uO0LOb Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
@| ! 9~F Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
~?TG SD@( Ex69c: 速率方程与单步骤 92
HQl hT Ex69d:
半导体增益 92
g"gh2#!D Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
Z".m EF-b Ex69f: 速率方程的数值举例 93
8@S7_x Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
b<o Uy Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
}GX[N\$N Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
pcwkO Ex69j: 稳态速率方程的解 93
*< ?or"P Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
4X,fb` Ex70: Udata命令的显示 93
ckFn QhW Ex71: 纹影系统 94
Sp8Xka~5*# Ex72: 测试ABCD等价系统 94
^ {\gD23 Ex73: 动态存储测试 95
yDh(4w-~gk Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
0?59o!@h Ex75: 锥面镜 95
(GB2("p` Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
LnZzY0 Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
}`M53>C,gQ Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
ip6$Z3[) Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
`|@# ~ Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
DtkY;Yl 。。。。后续还有目录
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