前言
nu X`>Oy gb26Y!7% 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。
wc ;^C?PX h`D+NZtWm 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。
Me-H'M p~ 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。
(/|f6_9 ! ,o\~d ?4 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。
v {) *P.E } O:l]O` 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。
FXbalQ?^ 不当之处，敬请指正！
: n\D 8ZNwo 9-. `~v 目录
. WS 7gTw 前言 2
Cdc=1,U( 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
uXdR-@80* 2、带有反射壁的空心波导 7
fRt&-z(' 3、二元光学元件建模 14
| Gt]V`4 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
}^PdW3O*m, 5、大气像差与自适应光学 26
% `j2?rn 6、热晕效应 29
(y?`|=G-xT 7、部分相干光模拟 34
vl5r ~F 8、谐振腔的
优化设计 43
9U!#Y%*T 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
`3vt.b 10、非稳环形腔模拟 53
{ pu .l4nk 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
gP=@u. 12、体全息模拟 63
^oZD44$ 13、利用全息图实现加密和解密 68
^ % x7: 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
^S^7 u 15、拉曼放大器 80
bAL!l\&2 16、瞬态拉曼效应 90
/pz(s +4= 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
]ChN]>o 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
tH9B C5+r} 19、光学参量振荡器 109
$1myf Z 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
=)2!qoE 21、ZIG-ZAG放大器 122
X- 5&c$hv 22、多程放大器 133
+WSM< S2 U 23、调Q激光器 153
3qq 6X?y* 24、
光纤耦合系统仿真 161
} "AG X 25、相干增益模型 169
n NcmL/( 26、谐振腔往返传输内的采样 181
<9Pf]
G= 27、光纤激光器 191
p Ad SOR2 !S[7IBk% GLAD案例索引手册
z*&r@P
-
]39A1&af} 目录
+#g?rCz B#(2,j7M 目 录 i
J/ ^|Y6 
=#{i;CC% GLAD案例索引手册实物照片
df!n.&\y! GLAD软件简介 1
SK
{ALe Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
Js!V,={iX Ex1a: 基本输入 2
qEB]Tj e [ Ex1b: RTF命令文件 3
ahm@ +/2 Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
{;ur~KE Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
(
O/+ .qb Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
){XG%nC Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
`K \(I#z Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
P 7kb* Ex3: 单位选择 7
.+hM1OF`x Ex4: 变量、表达式和数值面 7
Y7
`i ~K; Ex5: 简单透镜与平面镜 7
U)gr C8 C Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
j%OnLTZ Ex7: mirror/global命令 8
U^{'"x+ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
@~`2L o/ Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
gDjs:]/YR Ex8b: 离轴单抛物面 12
4).>b3OhX Ex8c: 椭圆反射镜 12
6z80Y*|eJ Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
p*Hbc|?{Q& Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
Z CS{D Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
p;m2RHYF Ex10: 宏、变量和udata命令 17
(3+:/,{'$ Ex11: 共焦非稳腔 17
1?bX$$y l; Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
t&=]>blIs Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
&GH ,is Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
:]oR x Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
b
ZEyP
W Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
eb>YvC Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
G'
'l,\ 3 Ex13: 相位像差 20
\Q<Ur&J]% Ex13a: 各种像差的显示 21
pg'3j3JW$ Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
z`[q$H7? Ex14: 光束拟合 23
0qrsf! Ex15: 拦光 24
?4i:$.A
Y Ex16: 光阑与拦光 24
*k#M;e Ex17: 拉曼增益器 25
vS|uN(a.P Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
l ,T*b Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
|4s`;4c& Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
NuqWezJm& Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
gr")J w7 Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
H#B~ h4# Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
1 k}U+ Ex24: 大气像差与自适应光学 31
Z:PsQ~M Ex24a: 大气像差 32
ymLhSF][ Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
#c ndq[H Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
n(#159pZ Ex25: 地对空激光通讯系统 32
-Vi"hSsUP Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
/U#{6zeM[, Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
n)7olP0p Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
6 KD Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
t3)nG8>
) 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
'<C I^5^ Ex28: 相位阵列 35
HV??B : Ex28a: 相位阵列 35
jK^'s6i# Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
yjbqby7 Ex29: 带有风切变的大气像差 35
\HB4ikl Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
|*im$ [g=- Ex31: 热晕效应 36
^p0BeSRiy; Ex31a: 无热晕效应传输 37
/ ` 7p'i Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
TB
gD"i- Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
Et=N`k _gO Ex32: 相位共轭镜 37
qxsK-8KT< Ex33: 稳定腔 38
F- k3F80= Ex33a: 半共焦腔 38
.1.Bf26}d Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
+FWkhmTv Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
f -?00*T Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
=yf LqU Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
b0 Ct Qe Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
s wdW70 Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
MEQ :[;1 Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
#KonVM(` Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
DdTTWp/ Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
hN6j5.x% Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
05\A 7.iy Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
p
AzPi Ex33l: 谐振腔耦合 43
r`|/qP:T[ Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
;K:) R_H Ex34: 单向稳定腔 45
yFT)R hN Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
X$zlR) Re Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
bGvALz' Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
+'H_sMmi{ Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
5A:mu+Iz6H Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
xV'\2n=1T Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
)g:\N8A ZK Ex36: 有限差分传播函数 57
n\}!'>d' Ex36a: FDP与软孔径 58
|\ j'Z0 Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
SLL%XF~/Sb Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
H'E > QT Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
CUT D]:\ Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
*]fBd<(8 Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
Bl-nS{9" Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
VpJ/M(UD- Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
|~bl%g8xP Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
h5&l#>8& Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
u{'bd;.7 Ex38: 剪切干涉仪
s#ijpc>h 62
q28i9$Yqj\ Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
0A@ 'w*= Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
3~\mP\/4v Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
o Q= Q} Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
ewqfs/ Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
aE6 I|6W? Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
T=}(S4n#BX Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
zR/d:P? Ex46: 光束整形滤波器 68
z!5^UD8"W Ex47: 增益片的建模 68
vBUx )l Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
{Q[{H'Oa Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
u=feR0|8 Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
a3
<D1" Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
4G&E? Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
sTO * Ex48: 倍频 70
4;_{* U- Ex49: 单模的倍频 71
6)m}e?D> Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
w1/p wzn Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
p5c^dC{ Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
<Brq7:n| Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
]:JoGGE a0 Ex52: 锥像差 72
p q7G[ Ex53: 厄米高斯函数 74
~k?7XF I Ex53a: 厄米高斯多项式 75
9@
6y(#s Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
0b9K/a%sQv Ex54: 拉盖尔函数 75
mc;Z#"kf Ex55: 远场中的散斑效应 75
Q0' xn Ex56: F-P腔与相干光注入 75
(7q!Z !2 Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
ppjd. 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
Zf |%t 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
~`c?&YixU Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
xSZgQF~ Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
v!T %xUb0 Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
2e zQX2q Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
3>%rm%ffE Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
he x:e2x Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
.v%H%z~Rl# Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
0 '`>2 0Y Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
Cfu]umZLn Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
>S3iP?V7 Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
` uy)][j- Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
6wx;grt'Z Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
*z;4.
OX Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
-`gqA%#+ Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
D ::),, Ex60a: 对散焦的简单优化 80
Juj"cjob Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
9nlfb~ F~P Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
\];0S4SBy Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
XtVx
H4q Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
wl #Bv,xf Ex61: 对加速模型评估的优化 82
Lt0JUUa0 Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
#N_C| v/ Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
2`I"
QU Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
"S.5_@? Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
&U ]L@ ]x Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
%KK 6}d # Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
NL
3ri7n Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
f4)fa yAVp Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
y a3A^&: Ex67a: 六边形透镜阵列 88
H=[eO Ex67b: 矩形透镜阵列 88
w~hO)1c],: Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
js)M
c*]& Ex67d: 矩形柱透镜 88
t7tX<| aN Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
TJ8IYo|
D Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
|oPCmsO3R{ Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
wUj[c7Y% Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
C-lv=FJEk/ Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
4;'o`K~* Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
Nw[T P
G5 Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
_0ki 19rs Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
&2[OH}4 Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
&^ Q-:Kxs8 Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
i1$ $86 Ex69c: 速率方程与单步骤 92
hu0z):>y Ex69d:
半导体增益 92
&?flH; Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
/]m5HW(P7K Ex69f: 速率方程的数值举例 93
SYd4 3P A Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
42E]&=Cet Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
H)z}6[` Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
] W39HL Ex69j: 稳态速率方程的解 93
HZC^Q7]hy Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
p A7& Ex70: Udata命令的显示 93
>Q#h,x~vu Ex71: 纹影系统 94
U8Z(=*Z3 Ex72: 测试ABCD等价系统 94
N|-M|1w96 Ex73: 动态存储测试 95
ekC
1wN
l Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
8&<C.n KP Ex75: 锥面镜 95
K 8M[xaI@ Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
69ZGdN Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
`~0)}K.F Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
-l)vl<} Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
4{4VC"fa Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
&{E 1w<uv 。。。。后续还有目录
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F!.Z@y P Pj(Dl C7G, 
