前言
gL"Q.ybA 6U9Fa=%>} 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。
xQ
3u f_2^PF>? 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。
6@ ^`-N; 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。
H>X1(sh#} a(T4WDl^ 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。
Y8' _5?+ 0 V goKi 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。
}eFUw 不当之处，敬请指正！
Ki;5 =) x)Kh _G T \CQ 目录
1V$B^/ _ 前言 2
q ? T I, 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
?Cfp=85ea! 2、带有反射壁的空心波导 7
'z!#E!i 3、二元光学元件建模 14
zR_l ^NK 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
F
) ~pw 5、大气像差与自适应光学 26
<% uZwk># 6、热晕效应 29
9sU, .T 7、部分相干光模拟 34
7gmMqz"z(> 8、谐振腔的
优化设计 43
VZ@@j[F( 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
luog_;{h+ 10、非稳环形腔模拟 53
abP?Dj& 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
48 rYs} 12、体全息模拟 63
J n&>Z? @ 13、利用全息图实现加密和解密 68
R:x04 !} 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
2+cicBD 15、拉曼放大器 80
irj}:f;!eF 16、瞬态拉曼效应 90
*
xXc$T 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
4tNg K[6M 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
g c=| < ( 19、光学参量振荡器 109
RW8u0 ?b 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
=H?5fT^
21、ZIG-ZAG放大器 122
^q r[?ky]& 22、多程放大器 133
]r5Xp#q2 23、调Q激光器 153
3Pe JPw 24、
光纤耦合系统仿真 161
4zb V' ] 25、相干增益模型 169
)PNk
O3 26、谐振腔往返传输内的采样 181
PP|xIAc 27、光纤激光器 191
j'cCX[i :8T@96]P GLAD案例索引手册
'-TFr NO;h sJ()ItU5i 目录
v3#47F) s_kd@?=`x 目 录 i
(:]iHg3 
D"5~-9< GLAD案例索引手册实物照片
~,1X>N" GLAD软件简介 1
XaSl6 CH Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
]HT>-Ba;{h Ex1a: 基本输入 2
`o'sp9_3 Ex1b: RTF命令文件 3
HXo'^^}q; Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
#]^`BQ> Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
J1MnkxJmpQ Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
zx HfQ( Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
C,. {y`s' Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
u:?RdB}B_@ Ex3: 单位选择 7
mz '8
Ex4: 变量、表达式和数值面 7
c~;.m<yrf Ex5: 简单透镜与平面镜 7
w` :KexD+ Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
^r$5];n
Ex7: mirror/global命令 8
3E: < Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
JDlIf Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
wu' 60po Ex8b: 离轴单抛物面 12
B)*%d7=x Ex8c: 椭圆反射镜 12
V^5 t~)#46 Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
=2'^ :4Z Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
1N*~\rV*? Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
qIp`'.#m Ex10: 宏、变量和udata命令 17
qpCi61lTDJ Ex11: 共焦非稳腔 17
6Wp:W1E{` Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
]ORat.*0[T Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
VNPd L Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
ST.W{:X Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
t trp| ( Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
VtFh1FDI\ Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
~.tu#Y? Ex13: 相位像差 20
UzXbaQQ2g Ex13a: 各种像差的显示 21
cFQa~ Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
dno*Usx5d0 Ex14: 光束拟合 23
Atw^C+"vW& Ex15: 拦光 24
=r8(9:F! Ex16: 光阑与拦光 24
un=)k; oh Ex17: 拉曼增益器 25
dRmT E Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
)vzT\dQ| Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
rKxk?} Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
zvWQ&?&o2 Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
}_x oT9HUr Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
I+SL0 Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
0Jrk(k! Ex24: 大气像差与自适应光学 31
M"V@>E\L Ex24a: 大气像差 32
X:5*LB\/v Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
!JA63 Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
!b g3 Ex25: 地对空激光通讯系统 32
C+j+q648> Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
6(=:j"w0 Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
~x+w@4)a> Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
e2Dj%=`EU Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
dew u@ 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
,58[WZG Ex28: 相位阵列 35
+tF,E^ Ex28a: 相位阵列 35
h2]Od(^[ Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
xM,3F jF Ex29: 带有风切变的大气像差 35
A J /_l; Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
_ev^5`>p/ Ex31: 热晕效应 36
FtX Eudk Ex31a: 无热晕效应传输 37
CpXv?uU Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
7E' C o| Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
I{ $|Ed1 Ex32: 相位共轭镜 37
1/HZY0em Ex33: 稳定腔 38
& !=3F bn Ex33a: 半共焦腔 38
X}Lp!.i9o Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
n 8Fi?/ Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
?/~1z*XUW Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
.:0 nK
bW Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
01$SvL n: Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
]_ h"2| Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
Vz^:| qON Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
mon(A|$|j Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
O-k(5Zb Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
(\T? p9 Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
xab[ Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
IlVi1`]w Ex33l: 谐振腔耦合 43
sXUM,h8$!+ Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
dNR4h Ex34: 单向稳定腔 45
= FQH Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
b m^ou#]| Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
9Y(<W_{/ Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
Vy biuP Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
*K M CU
m Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
R ~b$7jpd Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
laAG%lq/ ' Ex36: 有限差分传播函数 57
SE\`JGA[ Ex36a: FDP与软孔径 58
v1: 5 r Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
`is6\RH Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
{974m` 5 Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
#Rs7Ieu+ Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
X*b0q J
Z Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
L6FUC6x" Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
jooh`| `P Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
|Q{ l ]D Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
"_^FRz#h Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
#M:W?&. Ex38: 剪切干涉仪
c;Li~FLR 62
v e$P=ZuM Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
? in&/ZrB Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
2/GH5b ( Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
u3q!t e Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
/];F4A O5 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
.w0? Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
QF>H>=Za= Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
-Iq#h)Q* Ex46: 光束整形滤波器 68
6ik6JL$AI Ex47: 增益片的建模 68
"k+QDQ3= Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
%K zURv Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
'?QZ7A Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
J%n JO3, Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
+q3W t| Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
{MIs%w.G Ex48: 倍频 70
k 07O.9> Ex49: 单模的倍频 71
C?z C|0 Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
*d@}'De{8 Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
zFOX%q Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
0-=QQOART\ Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
9AS,-5;XQ Ex52: 锥像差 72
X'0A"9 Ex53: 厄米高斯函数 74
!OiP<8 ,H Ex53a: 厄米高斯多项式 75
$u>^A<TBN Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
iJ~p X\FKO Ex54: 拉盖尔函数 75
& fW;;> Ex55: 远场中的散斑效应 75
) xi|BqQz Ex56: F-P腔与相干光注入 75
$BG9<:p Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
w=OT^d 9n 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
aFhsRE?YC= 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
sO6+L
#! Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
k%hif8y Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
D@mDhhK_ Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
m(9E{; Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
keX0br7u_ Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
@~zhAU! Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
7^S &g.A Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
3?2;z+cz*u Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
gbo{Zgf< Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
gp;(M~we
Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
K 5!k06;s Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
R_ /T bz Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
dlyE2MiL: Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
.Yo# vV Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
-O oXb( I4 Ex60a: 对散焦的简单优化 80
eqXW|,zUm Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
$.v5G>- )3 Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
#*?a" Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
ZQ@^(64 Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
E-l>z% Ex61: 对加速模型评估的优化 82
>&p_G0- Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
pp/Cn4"w Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
D *heYh Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
w!%Bc] Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
b>G!K)MS3 Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
AM\`v'I*6 Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
9Lv`3J^~ Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
xqLLoSte Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
, >e)8 Ex67a: 六边形透镜阵列 88
Hz28L $ Ex67b: 矩形透镜阵列 88
ln9U>*< Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
_^Rf*G ! Ex67d: 矩形柱透镜 88
4_)@Nq Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
gr yC# Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
i
yMIP~N,$ Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
9CW .xX8 Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
Au@U;a4UU Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
_epi[zf@ Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
gy,B+~p Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
4,UvTw*2z Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
!=Cd1
$< Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
8q}`4wCD$ Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
E2 #XXc Ex69c: 速率方程与单步骤 92
0t'WM=W<!8 Ex69d:
半导体增益 92
e nE8T3 Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
HP"5*C5D Ex69f: 速率方程的数值举例 93
LBbk] I Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
NgQ {'H[Y Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
NkA |T1w7 Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
PudwcP { Ex69j: 稳态速率方程的解 93
(hs[B4nV Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
Qgf\gTF$r+ Ex70: Udata命令的显示 93
g/J
^ YT! Ex71: 纹影系统 94
?HAWw'QW Ex72: 测试ABCD等价系统 94
J_<ENs- Ex73: 动态存储测试 95
@'jC>BS8` Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
m<hR
Lo Ex75: 锥面镜 95
gVEW*8 Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
Z[[ @O Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
>Y!5c 2~`; Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
!ku5P+y$ Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
tFO86 !ln Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
hZU @35~BN 。。。。后续还有目录
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