前言
( Rp5g }b R#?atL$( 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。
<Wj /A/ wr (*RI" 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。
\}<J> R@ 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。
tNOOaj9mw W>c*\)Xk ! 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。
JlawkA V?>&9D "m 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。
M0e&GR8<z> 不当之处，敬请指正！
%s5( ''a. FP Z@ 6 /,j'V r\" 目录
D5xTuv9T 前言 2
\ {Je!# 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
6 /p9ag] 2、带有反射壁的空心波导 7
QW_v\GHx 3、二元光学元件建模 14
.m%5Esx 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
jROh3kq 5、大气像差与自适应光学 26
HCYy9 6、热晕效应 29
; NAKU 7、部分相干光模拟 34
3RD+;^}q 3 8、谐振腔的
优化设计 43
6Bd:R}yZP7 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
9KT85t1# 10、非稳环形腔模拟 53
. S;o#Zw*R 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
Nv=% R 12、体全息模拟 63
$RHw6*COG 13、利用全息图实现加密和解密 68
e(OKE7 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
_g D9oK 15、拉曼放大器 80
CPY|rV 16、瞬态拉曼效应 90
CSwB+yN 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
' ~z`kah 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
x[BA <UNO 19、光学参量振荡器 109
:; La V 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
%+#l{\z 21、ZIG-ZAG放大器 122
(tT%rj! 22、多程放大器 133
DGz}d,ie 23、调Q激光器 153
8Bxb~* 24、
光纤耦合系统仿真 161
0&Iu+hv 25、相干增益模型 169
|="Y3}a 26、谐振腔往返传输内的采样 181
h ^w # I 27、光纤激光器 191
cA]PZ*]{BN nn">
GLAD案例索引手册
U D5hk 83'rQDo)G 目录
|uRYejj#j KEq48+j 目 录 i
m
(kKUv 
n^|7ycB' GLAD案例索引手册实物照片
=^zOM6E1ZF GLAD软件简介 1
YPw =iF] Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
,ob)6P^rw Ex1a: 基本输入 2
/
=v1.9( Ex1b: RTF命令文件 3
N~(?g7 Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
/$FpceB!W Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
; H]]H! Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
[L bCG Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
: D !/.0 Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
<#T #+ uO Ex3: 单位选择 7
/q"8s j/ Ex4: 变量、表达式和数值面 7
w (ev=)7< Ex5: 简单透镜与平面镜 7
H~0B5Hl!F Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
nv: VX{% Ex7: mirror/global命令 8
xR&L e/3+ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
Dk g-y9 Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
nEik;hAz Ex8b: 离轴单抛物面 12
qx?0]!x Ex8c: 椭圆反射镜 12
iTCY $)J Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
XNl!?*l5?l Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
? 8S~R Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
8ROZ]Xh,x Ex10: 宏、变量和udata命令 17
>kDkv g1" Ex11: 共焦非稳腔 17
.bRDz:?j Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
LcHe5Bv % Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
$n ::w c
Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
#/hXcF Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
h]o{>
|d9 Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
-TNb=2en( Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
{iTA=\q2O Ex13: 相位像差 20
|W|RX3D Ex13a: 各种像差的显示 21
qa?0GTA S Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
^F|/\i Ex14: 光束拟合 23
; W@ Ex15: 拦光 24
_Oc\hW Ex16: 光阑与拦光 24
e: |Bn>* Ex17: 拉曼增益器 25
lfLLk?g3k Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
(;++a9G K Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
73+)> "x> Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
N[xa= Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
K|rGJ Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
kAAD&t;w Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
Ve[&_(fP Ex24: 大气像差与自适应光学 31
y,$zSPJCi Ex24a: 大气像差 32
| 'Ksy{lA Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
<e-hR$ Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
VyOpPIP Ex25: 地对空激光通讯系统 32
H\=S_b1wo Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
vu_ u\2d Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
| 6Qn/N$+f Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
j g(cpo d Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
S&Sa~Oq<o Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35
p+xjYU4^C Ex28: 相位阵列 35
'2S?4Z Ex28a: 相位阵列 35
2zb V9Bhq Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
?.69nN Ex29: 带有风切变的大气像差 35
.J2tm2]"EZ Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
%OT?2-d Ex31: 热晕效应 36
p4wx&VLi Ex31a: 无热晕效应传输 37
rL6Y4u0e% Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
- D^v:aC Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
sN@=Ri?\ Ex32: 相位共轭镜 37
B3@\Ua ) Ex33: 稳定腔 38
Y
i`wj^ Ex33a: 半共焦腔 38
/jd.< r=_I Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
7DW HADr Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
QfI@=Kbg%# Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
x^6b$>1 Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
G`FY[^: Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
U#k d cc| Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
k\}\>&Zqu Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
eq7>-Dmi@ Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
=~'{2gsB Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
7D\:i1~ Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
UO_tJN#X Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
c7t . Ex33l: 谐振腔耦合 43
sf'+; Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
JnXVI!+JDL Ex34: 单向稳定腔 45
_"S1>s)X?j Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
kZ<"hsh,Y' Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
1p
COLC%1 Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
l]Q<BV Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
1YvE/<6 Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
fz W!- Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
e c4v X Ex36: 有限差分传播函数 57
~zL DLr= Ex36a: FDP与软孔径 58
<g{d >j Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
CP6xyXOlPB Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
@ wx Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
1t< nm) Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
8\$ u/(DX Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
!ZzDSQ ; Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
)LjW=; (b Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
iJ!p9E*( Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
ngC^@*XAw9 Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
cxn*!TwDs Ex38: 剪切干涉仪
! ^TCe8 62
r oHJ$~q? Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
H.*aVb$ Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
_REAzxe S Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
rtZEK:.# Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
t-VU&.Y Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
}BJ R/r Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
)^LiAL h Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
NRDXWscb Ex46: 光束整形滤波器 68
9 ; `E,w Ex47: 增益片的建模 68
cX4I +Mf Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
3D2i32Y@! Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
P|QM0GI Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
aP/Ff%5T Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
U\x $@J Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
9 1ndr@*| Ex48: 倍频 70
I7Xm~w!{qk Ex49: 单模的倍频 71
!]t5(g_ Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
_tR?Wm NH= Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
Y [%<s/ Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
=a!_H=+4 Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
fO t?2Bh Ex52: 锥像差 72
!6*m<#Qm Ex53: 厄米高斯函数 74
87yZd8+) Ex53a: 厄米高斯多项式 75
u{%dm5 Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
>h{) 7Hv Ex54: 拉盖尔函数 75
D&!c7_ ^ Ex55: 远场中的散斑效应 75
Vi'zSR28Z Ex56: F-P腔与相干光注入 75
L^x h5{ Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
.0?A0D?sP Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76
_o'a|=Osx> Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76
s | !lw Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
,j e Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
| }isSCt Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
i 2l/y,UX Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
\"1%>O* Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
+D
d ! Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
rBZ0Fx$/[ Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
L*(`c cU Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
g<g$c<sm Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
) m(!lDz3 Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
=[nuesP' Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
&.[I}KH|B Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
_t?# Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
!4+ FN) Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
\Sv 8c}8 Ex60a: 对散焦的简单优化 80
a[ @Y > Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
(CInt_dBw~ Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
QzVo U | Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
q0 L\{ Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
PC3 ?eS } Ex61: 对加速模型评估的优化 82
aW _Pv~ Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
-S7i': Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
bi[g4,`Z; Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
;$'D13 Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
@K\ hgaQ Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
ti!kJ"q Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
uSUog+i Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
m,V"S(A Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
qW`DCZu Ex67a: 六边形透镜阵列 88
KW(^-:wmr Ex67b: 矩形透镜阵列 88
m2[]`Ir^@ Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
#@L5yy2 Ex67d: 矩形柱透镜 88
~(\ .j=x Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
13fyg7^JP Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
3v ~[kVhoG Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
*yYeqm Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
Nr?CZFN# Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
$},_O 8R Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
#=N6[:, Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
=
Oz pI Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
X}g"_wN,g> Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
B*:W`}G]_c Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
||Vx:(d7D& Ex69c: 速率方程与单步骤 92
BAojP1}+, Ex69d:
半导体增益 92
l~mj>$ Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
VUC_|=?dL Ex69f: 速率方程的数值举例 93
YRQ?: a{H Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
<l5s[ Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
~d-Q3n?zR Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
o: `^1 Ex69j: 稳态速率方程的解 93
RQU-]qQ8BM Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
<[vsG Ubc Ex70: Udata命令的显示 93
M[ P1hFuna Ex71: 纹影系统 94
;g LOd5*0 Ex72: 测试ABCD等价系统 94
N
;Cs? C Ex73: 动态存储测试 95
L@.Trso Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
gfiFRwC`v Ex75: 锥面镜 95
dF7`V J2 Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
rJ(A O' = Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
5 Gm8U"UR Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
=^z*p9ZB Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
BmaY&? Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
wL xuSs| 。。。。后续还有目录
?}HZJ@:lB 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系
KQ ^E\,@o qv[w
1;U"
