前言
f KFnCng Y,3z-Pa=@ 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。
9
aY'0wa W^^K0yn`@ 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。
$$k7_rs 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。
>?^~s(t h1n*WQ- 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。
mYntU^4f -b].SG5S 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。
d&/^34g n 不当之处，敬请指正！
$5ZR [\$ TFAYVK~ es. jh 目录
s ;vWR^Ll 前言 2
P
h9Hg' 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
1[26w_B3 2、带有反射壁的空心波导 7
_Ngx$ 3、二元光学元件建模 14
3"^a
rK^N 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
! x`;>0 5、大气像差与自适应光学 26
&mX5&e 6、热晕效应 29
^wvH,>Yo 7、部分相干光模拟 34
:&xz5c`"04 8、谐振腔的
优化设计 43
T+` xr0 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
z8
hTZU 10、非稳环形腔模拟 53
$Sp*)A]E` 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
D2Vb{ %(4. 12、体全息模拟 63
%M|Z}2qv 13、利用全息图实现加密和解密 68
A M>Y j 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
lc\>DH\n6 15、拉曼放大器 80
i}.{m Et 16、瞬态拉曼效应 90
.}IK}A/- 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
G>
f^ 2 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
r~ZS1Tp 19、光学参量振荡器 109
K<$wz/\ 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
/X(@|tk: 21、ZIG-ZAG放大器 122
hB |H9+ 22、多程放大器 133
clh3 23、调Q激光器 153
p:DL:^zx 24、
光纤耦合系统仿真 161
Mfnlue]( 25、相干增益模型 169
)2iM<-uB 26、谐振腔往返传输内的采样 181
jA20c(O 27、光纤激光器 191
^n\9AE3 \(.nPW]9 GLAD案例索引手册
;cM8EU^.
FY 1},sq 目录
xi
'72 l.__ 10{ 目 录 i
h
Jfa_ 
jxR F" GD GLAD案例索引手册实物照片
Wl^pr s7}c GLAD软件简介 1
A)b)ff , Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
]_^"| RJ Ex1a: 基本输入 2
zjluX\ Ex1b: RTF命令文件 3
.b =M5JsyV Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
r1[E{Tpz Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
U%mkhWn Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
Jngl l Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
r;&]?9)W0 Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
v#Cz& j Ex3: 单位选择 7
{-xi0D/Y; Ex4: 变量、表达式和数值面 7
#rn4 $ Ex5: 简单透镜与平面镜 7
viW~'}^k7 Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
6%\7.h Ex7: mirror/global命令 8
Hmz=/.$ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
e5*5.AB6& Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
(PCimT=5 Ex8b: 离轴单抛物面 12
/3CHE8nSh Ex8c: 椭圆反射镜 12
nx!qCgo Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
N0y;PVAGu Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
- XS+Uv Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
nUI63? Ex10: 宏、变量和udata命令 17
Uv
@!i0W Ex11: 共焦非稳腔 17
e.)yV'%L Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
J8sJ~FnUj Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
{pc f;1^t Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
^@|<' g.R- Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
..P=D <'f Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
]Ks]B2Osz Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
r d&*j^? Ex13: 相位像差 20
VYl_ U?D Ex13a: 各种像差的显示 21
,\sR;=svK Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
Bo](n*i Ex14: 光束拟合 23
*6 z'+' Ex15: 拦光 24
,_"7|z wb Ex16: 光阑与拦光 24
vh1
Ma<cx Ex17: 拉曼增益器 25
bm|Jb"T0b Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
"K}W^J9v Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
nhVK? Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
LW83Y/7 Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
m6~ sKJV Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
Z`- )1! Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
h3UZ|B0= Ex24: 大气像差与自适应光学 31
L 337/8fh Ex24a: 大气像差 32
x[GFX8h(k6 Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
@!L@UP0 Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
dK0}% ]i3# Ex25: 地对空激光通讯系统 32
zumR( <l Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
[3{:H"t Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
k=h/i8i2z Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
7`u A Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
2-"Lxe6 5f 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
#K<=xP Ex28: 相位阵列 35
8
7|8eU2:k Ex28a: 相位阵列 35
z{D$~ ob Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
Q8}TNJsU Ex29: 带有风切变的大气像差 35
SxL HFN] Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
M\Uc;:) H Ex31: 热晕效应 36
}2iKi(io* Ex31a: 无热晕效应传输 37
>0g `U Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
8T>3@kF Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
X*0eN3o. Ex32: 相位共轭镜 37
&;NNU T>Q Ex33: 稳定腔 38
J]=aI>Ow Ex33a: 半共焦腔 38
l(k rUv Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
i
h`y0(< Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
1eE]4Z4Q Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
Y-neD?V N Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
ev ndw> Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
7N} \1Di5 Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
:N*q;j> Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
"EOk^1,y Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
6?<`wGs( Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
Q?Bj q> Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
) <}VP&:X Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
=XRgT1>e Ex33l: 谐振腔耦合 43
tvj'{W Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
j-I6QUd Ex34: 单向稳定腔 45
xdbu|fC Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
Ol/2%UJXL Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
jziA;6uL Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
2t]! {L Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
9|G=KN)P: Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
8,H#t@+MT Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
RBv= Ex36: 有限差分传播函数 57
9sO{1rF Ex36a: FDP与软孔径 58
0-t 4+T Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
R+ #.bQg Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
)K\k6HC. Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
QX.F1T 2e? Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
&23ss / Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
g k_X u Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
)qe$rD;N Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
gKm~cjCB`~ Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
3$kv%uf{ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
:hl}Z n~jt Ex38: 剪切干涉仪
}07<(,0n 62
`M pC<sit Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
k. ?
T.9 Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
@h7GTA \ Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
oVuj020 Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
C(%5,|6 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
`>K k;` Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
0R %uVJG Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
b b Pd&7 Ex46: 光束整形滤波器 68
whg4o|p Ex47: 增益片的建模 68
["#A -S Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
q2j}64o _S Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
ss*2TE 7 Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
tpx3:| Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
{'wU& ! Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
T=f;n;/> Ex48: 倍频 70
h> 5~
(n8 Ex49: 单模的倍频 71
f@. Q%+!4 Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
~cg+BAfu Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
$qyM
X[ Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
<hF~L k , Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
- 5-SlQu Ex52: 锥像差 72
I3E8vi%B. Ex53: 厄米高斯函数 74
y3o4%K8 Ex53a: 厄米高斯多项式 75
CyBM4qyH Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
nu<!2xs, Ex54: 拉盖尔函数 75
j>Bk; f| Ex55: 远场中的散斑效应 75
tL4]6u Ex56: F-P腔与相干光注入 75
I#6'
NZ Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
zH\;pmWiN9 Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76
pt|$bU 7 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
)'I<xx'1 Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
sxQ ,x/O Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
MPEBinE? Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
hjp?/i%TQ Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
Z FrXw+ Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
^CZ|ci6bX Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
-{ amzyvLE Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
yNMwd.r [ Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
+ MoxvW6 Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
A[,"jh Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
<!HD tN Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
tIy/QN_42 Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
.STf Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
Zz*mf+ Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
9kg>)ty@ Ex60a: 对散焦的简单优化 80
,c %gwzU Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
0v)mgrl=, Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
fD} ]Mi:V Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
;@-5lCvC(+ Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
C%7)sLWjJS Ex61: 对加速模型评估的优化 82
+n~rM'^4/ Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
ps;o[gB@5 Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
A kQFb2|ir Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
-Aym+ N9 Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
v5 bb|o[{K Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
\C\y' H5 Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
6o23#JgN Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
<W|{)U?p Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
tZBE& :l Ex67a: 六边形透镜阵列 88
Oy`\8*Uy__ Ex67b: 矩形透镜阵列 88
<?@46d?C Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
O*Pe [T5x' Ex67d: 矩形柱透镜 88
5<8>G?Y Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
r|BKp,u9 Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
=<uz'\Ytv% Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
H 9m2Whq Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
I :)#U[tn0 Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
_Ws k3AP Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
7n/I'r Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
5{f/H]
P Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
Y$5v3E\uc Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
&`y_R' Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
),FN29mZu Ex69c: 速率方程与单步骤 92
3>3ZfFC Ex69d:
半导体增益 92
f5XcBW9E Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
JKv4 }bv Ex69f: 速率方程的数值举例 93
U,} T ]J Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
bGnJ4R3J Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
2>$L>2$ Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
(: k`wh& Ex69j: 稳态速率方程的解 93
QN5N h s Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
RwHXn]1 Ex70: Udata命令的显示 93
BrmFwXLP" Ex71: 纹影系统 94
u<r('IW0 Ex72: 测试ABCD等价系统 94
XE%6c3s Ex73: 动态存储测试 95
Z+Zh;Ms Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
rxA)& Ex75: 锥面镜 95
^Iq.0E9_ Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
aV#;o9H{ Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
pODo[Rkq Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
v333z << S Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
S$:S*6M@" Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
KAEpFob Yo 。。。。后续还有目录
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