前言
K #}DXq '&xv)tno 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。
MrXhVZ"d* U(3{6^>Gc 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。
"'~'xaU!=a 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。
Q+U} o>';-} E 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。
R]0awV1b
pBG(%3PpW 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。
}`{aeVHT 不当之处，敬请指正！
o2He}t2o FQ*4?D,A /0uZ(F|>I 目录
7xb z)FI 前言 2
!=V>Dg mW 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
rL w,? 2、带有反射壁的空心波导 7
Vp .($ 3、二元光学元件建模 14
Z}5 ;K"T/ 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
cP'' 5、大气像差与自适应光学 26
.nJErC## 6、热晕效应 29
)F,H(LblH 7、部分相干光模拟 34
)3V5P%Q 8、谐振腔的
优化设计 43
Ec y|l ; 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
ek1YaE 10、非稳环形腔模拟 53
hyH " 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
w*Vf{[a' 12、体全息模拟 63
!?`5r)K 13、利用全息图实现加密和解密 68
;H9d.D8 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
-n?}L# 4%8 15、拉曼放大器 80
(f,D$mX 16、瞬态拉曼效应 90
k-@CcrepF 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
\A zl6`Em 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
]rO`e N[~U 19、光学参量振荡器 109
( 30{:o&^ 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
)q&=x2` 21、ZIG-ZAG放大器 122
0zCe|s.S& 22、多程放大器 133
{'4h.PB+r 23、调Q激光器 153
12M&qqV 24、
光纤耦合系统仿真 161
E)DdiB'Rh 25、相干增益模型 169
JV=d!Gi[C 26、谐振腔往返传输内的采样 181
f^@`[MJj1C 27、光纤激光器 191
T]l_B2. *A' :^vgk GLAD案例索引手册
>:!T fuU^R W' hE, 目录
GJ edW br*L|s\P\9 目 录 i
vE0Ty9OH"] 
x_CB'Rr6 GLAD案例索引手册实物照片
-yHVydu= GLAD软件简介 1
uvz}qH@j/Q Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
W2G`K+p Ex1a: 基本输入 2
TK<~ (Dk Ex1b: RTF命令文件 3
ER~ m
&JI Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
zA=gDuy3@ Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
T>2) YOx Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
L!x7] g,^ Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
9!zUv:; Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
# 8 0DM Ex3: 单位选择 7
$p30?\ Ex4: 变量、表达式和数值面 7
S^?
@vj Ex5: 简单透镜与平面镜 7
-K hXb Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
"z)dz ,&T Ex7: mirror/global命令 8
-H5n>j0!{ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
2qLRcA=R Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
fEf ",{I Ex8b: 离轴单抛物面 12
h4N!zj[ Ex8c: 椭圆反射镜 12
uF_gfjR[m Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
r T9<_< Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
h?5$-#q~ Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
t$^1A1Ef Ex10: 宏、变量和udata命令 17
m:CiXM Ex11: 共焦非稳腔 17
D[ U[ D Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
vU0j!XqE Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
O3WhO@`6) Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
rK )aR Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
~n9BN' @x Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
/(
% Q Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
e0Cr> I5/e Ex13: 相位像差 20
*jM~VTXwt Ex13a: 各种像差的显示 21
KoVy,@ Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
mJe;BU"y] Ex14: 光束拟合 23
Mk9' Ex15: 拦光 24
9r=@S Ex16: 光阑与拦光 24
hn\<'|n Ex17: 拉曼增益器 25
(yIl ]ZN* Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
sJo]$/?F Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
y33+^ Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
(oO*|\9u Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
U\'.rT[# Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
q'~ ?azg: Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
u~FXO [b Ex24: 大气像差与自适应光学 31
0PO'9 # Ex24a: 大气像差 32
?JO x9;` Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
Sd/?xyF1( Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
m|!R/,>S4 Ex25: 地对空激光通讯系统 32
&.D3f" Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
yo]!Zn Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
m"*j J.MX Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
Hf!o6 o Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
yk OJhd3 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
aZEi|\VU Ex28: 相位阵列 35
Ht| No Ex28a: 相位阵列 35
l6Wa~ E Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
, tJ%t# Ex29: 带有风切变的大气像差 35
pwAawm Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
t"Ok-!c| Ex31: 热晕效应 36
_|qJ)g D[ Ex31a: 无热晕效应传输 37
tj/X 7| Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
o&}!bq] Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
}9yAYZ0q{b Ex32: 相位共轭镜 37
>a7'_n_o Ex33: 稳定腔 38
~?i;~S Ex33a: 半共焦腔 38
LdxrS5 Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
&1) 4B Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
a_Y*pO u Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
R!IODXP= Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
x~p8Mcv Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
({JXv Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
+k|t [N Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
vW,dJ[N6jm Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
tUouO0_l Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
1xN6V-qk Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
6\>S%S2: Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
MzZYzz Ex33l: 谐振腔耦合 43
kSx^Uu * Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
pleLdGq Ex34: 单向稳定腔 45
OI0#@_L& Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
vf6_oX<Os Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
eX7dyM Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
U6^ x(2De Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
wGdnv}# Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
g-`HKoKe Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
?blF6Kl$ Ex36: 有限差分传播函数 57
w G;#L7% Ex36a: FDP与软孔径 58
9qc<m'MZ Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
a+A^njk Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
#x-@ >{1k& Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
M ^^5JNY Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
'.Iz*%" Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
>i^8K U Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
):"Z7~j= Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
S o>P)d$8+ Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
qxS=8#-`( Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
rg Gm[SL*< Ex38: 剪切干涉仪
9gNQ,c
\gT 62
H",w$$e F Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
0/{$5gy& Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
(gN[<QL Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
~2
L{m[s| Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
TG4?"0`I5 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
&+ V6mH9m@ Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
mS?.xu Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
g '2'K Ex46: 光束整形滤波器 68
_dOR- < Ex47: 增益片的建模 68
ffMh2 Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
!RX\">z Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
Ay?KE{Qs ' Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
HJ4T! `'d Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
8!8 yA Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
nnr
g^F Ex48: 倍频 70
#E3 5%7* Ex49: 单模的倍频 71
P<<?7_ ?? Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
1, 5"sQ$ Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
_dQVundH Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
f#4,2 X f Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
,H6*9!Dv2 Ex52: 锥像差 72
-+vA9 ,pI Ex53: 厄米高斯函数 74
5 f5bhBZ< Ex53a: 厄米高斯多项式 75
,w>WuRN" Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
@9-/p^n1 Ex54: 拉盖尔函数 75
]O%wZIp\P Ex55: 远场中的散斑效应 75
mOiA}BGw Ex56: F-P腔与相干光注入 75
b6KO_s:'g Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
B[XVTok 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
E?$|`<o{|` Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76
Djv0]Sm^! Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
,- !h Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
Po+I!T L' Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
sK1YmB :~a Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
D@jG+k-Lm Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
LJ^n6 m|_ Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
y2"PKBK\_ Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
8:W," " Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
Y&vn`# Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
S Vr3OyzI Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
-)cau-(X Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
4J #F;#iA Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
<d2?A}< Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
W6N3u7m rb Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
U`{'-L. Ex60a: 对散焦的简单优化 80
b=V"$(Q Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
}>)e~\Tdzb Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
f W /G_ Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
4!% @{H`3 Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
t r)[6o# Ex61: 对加速模型评估的优化 82
87QK&S\ Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
"6[a%f#Q Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
CV9o,rL Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
X@ zw; Se Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
hDO\Q7 Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
li!3bv Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
Y]zy=8q Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
(8Q0?SZN Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
|E%i
t?3M Ex67a: 六边形透镜阵列 88
d|P,e;m- Ex67b: 矩形透镜阵列 88
I :~KF/q Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
cRR[ci34k Ex67d: 矩形柱透镜 88
S JseP_- Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
*En29N #a{ Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
O\3
L x Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
E{LLxGAEZ Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
fU6O: - Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
E{Kc$,y Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
11'^JmKA Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
:,@"I$>*/ Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
)bd)noZi Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
nrhzNW>] Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
q jcPJ Ex69c: 速率方程与单步骤 92
n7|8`? R^ Ex69d:
半导体增益 92
l i @: Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
e9LP!"@EY Ex69f: 速率方程的数值举例 93
$dxk;V Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
6`c5\G+ Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
|)Q#U$ m Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
Oc6_x46S4 Ex69j: 稳态速率方程的解 93
|w{}h6 a Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
}Wk^7[Y Ex70: Udata命令的显示 93
8Q{"W"]O7 Ex71: 纹影系统 94
tj' xjX Ex72: 测试ABCD等价系统 94
f:\)oIW9Kk Ex73: 动态存储测试 95
Cr7T=&L Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
]+"25V'L Ex75: 锥面镜 95
}&*wJ]j`L Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
rexNsKRK_ Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
r_x|2 A oO Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
l.@v@T(/ Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
[$Dzf<0 Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
{4 y#+[ 。。。。后续还有目录
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