前言
OR[{PU=X O12eH 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。
GfC5z n> "`N- * ;*W 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。
I%urz!CNE* 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。
B=|cS;bM$3 e{Z &d
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。
YJ$1N!rG q+,Q <2J 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。
hMtf.3S7c 不当之处，敬请指正！
Sp@-p9# E!S 78 z: n_' {^6*O 目录
+{/ 前言 2
7g_]mG [6 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
I!^O)4QRx 2、带有反射壁的空心波导 7
3G kv4,w< 3、二元光学元件建模 14
b+Br=Fv"T 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
qW b+r 5、大气像差与自适应光学 26
Agrk|wPK 6、热晕效应 29
*2jK#9"MP 7、部分相干光模拟 34
w6j/ Dq! 8、谐振腔的
优化设计 43
$M Jm *6h 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
$ `7^+8vHV 10、非稳环形腔模拟 53
7g3 >jh 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
/hO1QT}xd 12、体全息模拟 63
GgKEP,O 13、利用全息图实现加密和解密 68
0wS+++n$5 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
.9. 2 Be 15、拉曼放大器 80
y r,=. ?C- 16、瞬态拉曼效应 90
Sfdu`MQR 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
R
LD`O9#j 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
}V\N16f 19、光学参量振荡器 109
}l=x iAF 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
"jw<V,, 21、ZIG-ZAG放大器 122
R4-~j gzx 22、多程放大器 133
m)oJFF 23、调Q激光器 153
={u0_ j
W 24、
光纤耦合系统仿真 161
g e8/``= 25、相干增益模型 169
-44&#l^}_u 26、谐振腔往返传输内的采样 181
G z)Nw D 27、光纤激光器 191
W6Y@U$P#G )+fh-Ui GLAD案例索引手册
&iV {:)L jVq(?Gc 目录
,~._}E&9I Sf8{h|71 目 录 i
b".L_Ma1* 
Ps<d('= GLAD案例索引手册实物照片
M +x,opl GLAD软件简介 1
+zs4a96[ Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
HJY2#lSha6 Ex1a: 基本输入 2
KZeQ47| Ex1b: RTF命令文件 3
* oybD=%4 Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
+sJ rllrE( Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
%' T #pz Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
K^R,Iu/M Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
e>AE 8T Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
Sf r&p>{, Ex3: 单位选择 7
Pfs;0}h5 Ex4: 变量、表达式和数值面 7
|n] d34E Ex5: 简单透镜与平面镜 7
()H:Uv M=t Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
ZIF49`Y4TF Ex7: mirror/global命令 8
Mec5h}^ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
{*ob_ oc Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
}-@`9(o`) Ex8b: 离轴单抛物面 12
x+]\1p Ex8c: 椭圆反射镜 12
m1*O0Tg]" Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
B2O} 1. Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
!3ctB3eJ Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
-!
K-Htb- Ex10: 宏、变量和udata命令 17
[VWUqlNt> Ex11: 共焦非稳腔 17
kTvd+TP4 Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
p
l&Muv Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
0c# /hFn Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
C7O6qpO Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
{+@bZ}57 Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
fS`$'BQ Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
- xP!" Ex13: 相位像差 20
Z R'H \Z Ex13a: 各种像差的显示 21
71{p+3Z& Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
2j&A iD
Ex14: 光束拟合 23
l(#)WWr+ Ex15: 拦光 24
9tqF8pb7v Ex16: 光阑与拦光 24
_hk.2FV:3m Ex17: 拉曼增益器 25
a.zpp' cEb Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
7!N2-6GV Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
~B(6+~%
Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
WH \)) y- Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
(zFi$ Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
_ :VB}> Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
-bU oCF0 Ex24: 大气像差与自适应光学 31
1&U>,;]* Ex24a: 大气像差 32
s4uhsJL V$ Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
>HS W]"k Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
C;vtY[} < Ex25: 地对空激光通讯系统 32
pLzk Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
Kc^;vT >3 Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
*VZ5B<I c Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
oo.2Dn6z Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
0a "c2J 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
Xqm::1(-( Ex28: 相位阵列 35
I2nhqJy^ Ex28a: 相位阵列 35
D= h)& Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
\R;`zuv Ex29: 带有风切变的大气像差 35
8M `#pN^ Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
Z LD}a:s Ex31: 热晕效应 36
smDw<slC Ex31a: 无热晕效应传输 37
..R-Ms)k= Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
RSfzRnhmr Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
: 7`[$<~E Ex32: 相位共轭镜 37
BV[ 5} Ex33: 稳定腔 38
B[4KX Ex33a: 半共焦腔 38
=Yt
R` Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
;{%\9nS Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
:B:"NyPA Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
fOMW"myQ Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
6ZQwBS0Y Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
r|qp3x Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
b^$|Nz;
Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
Sh8"F@P8 Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
1cD ! :[ Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
}-sdov<< Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
K]0JC/R6(@ Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
s=QAO!aw Ex33l: 谐振腔耦合 43
& J2M1z% Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
N
D2L_!g:( Ex34: 单向稳定腔 45
A?pbWt ~} Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
*9{Z$ IA9w Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
z21|Dhiw& Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
D'Y-6W3 Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
O|M{-) Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
9AJ7h9L Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
M!XsJ<jN/ Ex36: 有限差分传播函数 57
vsl]92xI Ex36a: FDP与软孔径 58
:H wA 5Z# Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
T]=r Co Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
nPy$D-L, Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
!_cg\K U# Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
jm Fz51 Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
2P @sn!*{1 Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
4Q6mo/=H Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
^kB8F"X Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
F ;2w1S^ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
I\$X/t +dH Ex38: 剪切干涉仪
#odI EC/ 62
A* /Hj TX Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
pv Gf\pu Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
~,B5H c 2 Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
65aK2MS@ Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
j4R(B Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
4QIX19{" Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
8Hn|cf0 Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
^8AXxE Ex46: 光束整形滤波器 68
^>hW y D Ex47: 增益片的建模 68
#/<&*Pu5t Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
z-.+x3&o @ Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
"$N+"3I Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
`6]%P(#a Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
@3C>BLI 8+ Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
wlqpn(XR Ex48: 倍频 70
zIu
E9l Ex49: 单模的倍频 71
2 vWx)Drb6 Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
`u
teg= Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
N%*5 T[. Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
;CPr]avY Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
)6D,d5< Ex52: 锥像差 72
Ke 2ccN Ex53: 厄米高斯函数 74
Yd=>K HVD Ex53a: 厄米高斯多项式 75
r'HtZo$^R Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
Xy$3V U* Ex54: 拉盖尔函数 75
li}1S Ex55: 远场中的散斑效应 75
)E-inHD / Ex56: F-P腔与相干光注入 75
uJC~ LC N Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
|w<H!lGe!$ 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
F.=2u"[*& 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
zU
g E~ Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
nwF2aRNV Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
:<bB?N( Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
xQ^E"Q,1 Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
6 '!4jh Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
0dGAP
Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
HoRg^Ai?\ Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
Hn%xDJ' Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
_0]S69lp Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
PE3vQH=t~ Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
d\R,Q Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
{ +
Zd*)M[ Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
S/e2P|} Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
"J [ K 3 Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
0"\H^ Ex60a: 对散焦的简单优化 80
!`,Sfqij Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
(nlvl?\d Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
7|$:=4 Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
w1OI4C)~ Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
oPXkY W Ex61: 对加速模型评估的优化 82
uj R_"r|l Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
i*Sqd a
$ Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
LE9(fe) fe Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
B"TAjB&
* Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
Z7hgA-t Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
['B?i1 . Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
+'I+o5* Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
-- %N8L;e Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
$_o-~F2i5 Ex67a: 六边形透镜阵列 88
2\jPv`Ia Ex67b: 矩形透镜阵列 88
p~BRh Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
#><.oreXq Ex67d: 矩形柱透镜 88
]+X YEv Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
&U5{Hm9Ynr Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
QgU8 s'e Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
%S*{9hm/ Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
zMm#Rhn Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
:y%/u%L Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
'B 43_ Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
`_` QxM Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
:U3kW8;UMP Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
Tgm nG/Z Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
/H(?
2IHC Ex69c: 速率方程与单步骤 92
6@{(;~r Ex69d:
半导体增益 92
j/r]wd"aUS Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
ES.fOdx Ex69f: 速率方程的数值举例 93
bm?sbE Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
Li/O Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
_aad=B rMK Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
.TND a& Ex69j: 稳态速率方程的解 93
zr+z hpp Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
u09:Z{tL;@ Ex70: Udata命令的显示 93
F+ ,~v- Ex71: 纹影系统 94
oX S1QT`B Ex72: 测试ABCD等价系统 94
\N!AXD Ex73: 动态存储测试 95
TZ(cu> Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
w)k N kD Ex75: 锥面镜 95
5 NS[dQG5 Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
K?B{rE Lp Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
OjJXysslXO Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
"a
ueL/dgN Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
[ s N EHf Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
XC0bI,Fu, 。。。。后续还有目录
-:2$ % 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系
rz wF~-m + R?~Y p?B^ 
