前言
i QvqifDmh z_%}F': 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。
4F,RlKHBl 8TCbEPS@Q 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:UWvV 1 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。
z-m:l; =\g K<Xh 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/))I9^ ,'byJlw_pv 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。
q OV$4[r 不当之处，敬请指正！
~;@\9oPpz% G $t:# 2
vu3zZMl 目录
o $Z]qhq 前言 2
*~^M_we j 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
<*z9:jz Q 2、带有反射壁的空心波导 7
L RPdA "Z 3、二元光学元件建模 14
r
TK)jxklX 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
nQ;M@k&9eV 5、大气像差与自适应光学 26
IYe ,V L 6、热晕效应 29
UVD*GsBk 7、部分相干光模拟 34
JnS@} m 8、谐振腔的
优化设计 43
!B R@"%hx 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
<
;fI*k m 10、非稳环形腔模拟 53
,EH^3ODD 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
?GGBDql 12、体全息模拟 63
%8lWJwb7u 13、利用全息图实现加密和解密 68
BP=<TRp . 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
=z#j9'n$@ 15、拉曼放大器 80
J )UCy;Y 16、瞬态拉曼效应 90
7o9[cq w 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
?S'Wd= 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
!wIrI/P7# 19、光学参量振荡器 109
|fPR7- 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
KA
el q* 21、ZIG-ZAG放大器 122
s\.\z[1 22、多程放大器 133
in2m/q? 23、调Q激光器 153
vgN%vw pL 24、
光纤耦合系统仿真 161
'e8O
\FOf 25、相干增益模型 169
90">l^HX= 26、谐振腔往返传输内的采样 181
s$xm 27、光纤激光器 191
4B@Ir)^(* Nx<fj=VJ GLAD案例索引手册
,R=)^Gh { b E b+oRI 目录
{=, +;/0 p*~b5'+ C+ 目 录 i
du&9mOrr 
3e1^r_YI GLAD案例索引手册实物照片
BCt>P?,UO GLAD软件简介 1
[q~3$mjQ Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
c> ":g~w Ex1a: 基本输入 2
QVe<Z A8N; Ex1b: RTF命令文件 3
\8]("l}ms8 Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
F<(?N!C?@ Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
9%DLdc\z; Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
b\C1qM4 Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
~;I'.TW Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
~Z5Wwp]a Ex3: 单位选择 7
}M &hcw< Ex4: 变量、表达式和数值面 7
s:^Xtox / Ex5: 简单透镜与平面镜 7
J:0`* 7 Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
#g]eDU-[ Ex7: mirror/global命令 8
c@{M),C~ E Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
-!X\xA/KN Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
vn ^* Ex8b: 离轴单抛物面 12
tF!-}{c"k Ex8c: 椭圆反射镜 12
+u MK_ds~ Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
#fxd Zm, Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
> 7 qZ \# Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
F*=}}H / Ex10: 宏、变量和udata命令 17
j4E`O% @^ Ex11: 共焦非稳腔 17
o.])5i_HV Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
%
r0AhWv Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
5/i] Jni Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
j\2q2_f Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
}c'T]h\S Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
/ a$B8, Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
lA,*]Mr~ Ex13: 相位像差 20
O:+?:aI@ Ex13a: 各种像差的显示 21
_tfi6UQ&lY Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
:jGgX>G G Ex14: 光束拟合 23
Q&e*[l2M6 Ex15: 拦光 24
nh>lDfJV< Ex16: 光阑与拦光 24
DaqpveKa Ex17: 拉曼增益器 25
zOMU&;.\
Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
94L>%{59 Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
-\M;bQV[C Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
r8Z}
mvLM Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
(BY5omlh Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
{r1}ACw{ Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
B{ cb'\ C Ex24: 大气像差与自适应光学 31
|%fM*F^7/ Ex24a: 大气像差 32
]SNcL[U Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
^qV6 khg Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
iTJE:[W"y Ex25: 地对空激光通讯系统 32
YI),yj Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
AHn
Yfxv_ Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
*w6(nG'M{ Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
Hs(U|BXU Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
bw OG|\ Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35
P
yN{ Ex28: 相位阵列 35
^( 1S`z$ Ex28a: 相位阵列 35
8Xz \,}$O Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
>e QFY^d5 Ex29: 带有风切变的大气像差 35
"ac$S9@~ Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
YF s!,fw' Ex31: 热晕效应 36
B-[qS;PY% Ex31a: 无热晕效应传输 37
'))=y@M Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
C7_#D O6" Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
w>6 cc#>q Ex32: 相位共轭镜 37
;g_<i_ *x# Ex33: 稳定腔 38
9v(k<('_ Ex33a: 半共焦腔 38
5VGr<i&A Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
]McDN [h: Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
6|]e}I@<2 Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
<{1=4P A Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
nSB@xP#& Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
Vi<F@ji Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
M]A!jW tE Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
i"
>kF@]c8 Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
ZG Qz@H5 Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
H]Vo XJ\* Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
d`4F Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
E>k!d'+tb Ex33l: 谐振腔耦合 43
Un\
T}
c Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
hbE~.[Y2r Ex34: 单向稳定腔 45
:U/ x ( Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
?TY/'-M5 Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
?eri6D,86w Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
& HJ'//bv Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
KU (g Zy Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
_W gpk 0 Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
El |Y]f Ex36: 有限差分传播函数 57
-)p| i~j^A Ex36a: FDP与软孔径 58
lH%-#2] Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
|TCg`ZS`cZ Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
QZamf
lk Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
v_NL2eQ~ Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
, w0Io Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
8 J;\Z Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
qt4^e7 o Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
K)9+3(? Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
&,C;_3
Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
vJ0Zv>
n- Ex38: 剪切干涉仪
TtP2>eh- 62
=Bb/Y`Q Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
}g_\?z3gt Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
dmk_xBy s| Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
($[)Tcq*~ Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
-9^A,vX Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
Ygfv? Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
)9z3T>QW Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
pX]"^f1?O Ex46: 光束整形滤波器 68
wv&#lM ( Ex47: 增益片的建模 68
(v1~p3H Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
j2Uu8.8d Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
s[#ww
=T\ Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
IHvrx:7 Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
= `oGH Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
{x<yDDIv_ Ex48: 倍频 70
)m.U"giG++ Ex49: 单模的倍频 71
io Jr2wq6 Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
zE1=*zO` Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
?`U=Ps Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
W^N|+$g>H Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
^=7XA894 Ex52: 锥像差 72
c`xgz#]v Ex53: 厄米高斯函数 74
a474[? Ex53a: 厄米高斯多项式 75
4 $_:a?9 Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
J~k'b2(p3 Ex54: 拉盖尔函数 75
Bd>a"3fA Ex55: 远场中的散斑效应 75
gMUCVKGf Ex56: F-P腔与相干光注入 75
ZOY zCc(d Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
zt/N)5\V Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76
I"bz6t\~| Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76
^2-t|E= Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
`F4gal^ ^ Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
!nt [J$.z^ Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
g0>Q* x Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
#7|73&u( Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
feG#*m2g Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
)k 6kK} Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
Q+a "Z ^Z| Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
se& Q\!&M Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
6"<q{K Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
a+P Vi Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
S0mzDLgE Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
Ji7<UJ30x Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
IHcR/\mz Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
,#Mt10e{ Ex60a: 对散焦的简单优化 80
OS sYmF Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
o Je`]_XZ Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
!?5YX I, Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
#9CLIYJAd Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
=gQ^,x0R9 Ex61: 对加速模型评估的优化 82
,f^ ICM Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
y{Vh?Z<E Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
5dkXDta[G Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
f_'8l2jK1i Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
e]-%P(}Z Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
|VQmB/a Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
-~v1@ Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
W$Sc@!M3{ Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
" r[Ob]/ Ex67a: 六边形透镜阵列 88
6 U_P Ex67b: 矩形透镜阵列 88
#dDM
" s Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
U6F1QLSLz Ex67d: 矩形柱透镜 88
6o<(,\ad [ Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
aDda&RM Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
} va>j fy Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
+l<l3uBNS Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
5&TH\2u Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
P$5K[Y4f Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
a6!|#rt Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
RZ P7h>y6@ Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
D hD^w;f] Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
hO; XJyv Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
~Xz?H=}U+ Ex69c: 速率方程与单步骤 92
h&2l0 |8k Ex69d:
半导体增益 92
AL;4-(KH Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
ip!-~HNwJ Ex69f: 速率方程的数值举例 93
Mh~E ]8b Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
v-DZW, Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
%
O u'+A Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
8\Bb7* Ex69j: 稳态速率方程的解 93
uYC1}Y5N Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
;@xlrj+ Ex70: Udata命令的显示 93
.?kq\.rQ Ex71: 纹影系统 94
+
f,Kt9Cy Ex72: 测试ABCD等价系统 94
Uj)Wbe[)p0 Ex73: 动态存储测试 95
e% C_> Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
gUY~
l= c Ex75: 锥面镜 95
tmi)LRF
H Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
*USG
p<iH Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
Z lP+t> Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
EY A=fU Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
<.&84c]/& Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
`T{'ufI4B 。。。。后续还有目录
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