前言
RU#}!Kq 6? lAbW 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。
>aVtYp B wIAH,3! 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。
rYV]<[?~7 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。
7L:Eg QiA}0q3]0 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。
AJ}m2EH & tbAXU5$ 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。
tf54EIy5Y 不当之处，敬请指正！
S;t`C~l\ ho6hjhS|u A|K=>7n]U 目录
}Uc dkKq 前言 2
,gpEXU p\ 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
MrUjqv6a[ 2、带有反射壁的空心波导 7
k$5l kP. 3、二元光学元件建模 14
wWx{#!W 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
Yx,E5}- 5、大气像差与自适应光学 26
hl0X, G+@ 6、热晕效应 29
> j iez, 7、部分相干光模拟 34
%R?WkG 8、谐振腔的
优化设计 43
lq.]@zlS O 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
2 ::YR? 10、非稳环形腔模拟 53
I*N v|HST 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
PepR ]ym 12、体全息模拟 63
[X /s^42 13、利用全息图实现加密和解密 68
>h:'Z*9 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
WqM| nX 15、拉曼放大器 80
S W6oaa81 16、瞬态拉曼效应 90
l -nH 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
&ID! lEd 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
R#YeE`K 19、光学参量振荡器 109
~}{_/8'5 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
Vp1ct 06^ 21、ZIG-ZAG放大器 122
7l/ZRz }1 22、多程放大器 133
ZX o;E 23、调Q激光器 153
"doiD=b 24、
光纤耦合系统仿真 161
CvZ\Z472.j 25、相干增益模型 169
)2l @%?9 26、谐振腔往返传输内的采样 181
c R!M {U.q 27、光纤激光器 191
x8C\&ivn IIT [^_g GLAD案例索引手册
\K" 7U QL7.Q G
目录
n8)&1
q?V CV=qcD 目 录 i
[aA@ V0l 
w-R.) GLAD案例索引手册实物照片
xR
kw+ GLAD软件简介 1
Xm|~1 k_3 Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
?%~^PHgZ| Ex1a: 基本输入 2
CLmo%"\ s Ex1b: RTF命令文件 3
'
=5B Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
:JX2GRL4 Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
uD?G\"L
i Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
o j{CNa Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
"P|n'Mx Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
#C . Ex3: 单位选择 7
,W[J@4. Ex4: 变量、表达式和数值面 7
~@6l7H6{ Ex5: 简单透镜与平面镜 7
;a>u7rw Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
A/:_uqm 4 Ex7: mirror/global命令 8
Fx.Ly]L Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
%x{kd8>u! Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
i\^4EQ Ex8b: 离轴单抛物面 12
:2 M&C+f[ Ex8c: 椭圆反射镜 12
_#r00Ze Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
}
)L z%Z Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
g"|>^90 Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
? _bFe![q Ex10: 宏、变量和udata命令 17
Cy/VH"G= Ex11: 共焦非稳腔 17
*k8?$(
Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
-8FUR~ WJ Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
LWTPNp:"{w Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
>P@V D"U Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
^Y+C!I Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
@q>Hl`a Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
`#l3a Ex13: 相位像差 20
a9p:k
]{ Ex13a: 各种像差的显示 21
ToPjB vD Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
; >5` Y8s6 Ex14: 光束拟合 23
7p]Izx8][ Ex15: 拦光 24
!dGu0wE
Ex16: 光阑与拦光 24
*5k40?w Ex17: 拉曼增益器 25
2YKa <?_ Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
9`N5$;NzY Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
dTK0lgkUE Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
g;p}
-= Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
>L!c} Ku Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
:EQ{7 Op` Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
-j ]k^ Ex24: 大气像差与自适应光学 31
pk.\IKl G] Ex24a: 大气像差 32
, p~1fB-/ Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
R Qo
a Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
m Rw0R{ Ex25: 地对空激光通讯系统 32
yCN_vrH> Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
TE+>|}]R Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
njX$?V
Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
/<8y > Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
&5R|{',(Y 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
: (X3?% Ex28: 相位阵列 35
uz{RV_IX 7 Ex28a: 相位阵列 35
1VM2CgR a Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
5a_8`csu Ex29: 带有风切变的大气像差 35
>god++,o Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
W +ER'lX Ex31: 热晕效应 36
$+7uB-KsU Ex31a: 无热晕效应传输 37
y{hy7w' d Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
_,T
4DS 6 Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
nDC0^& Ex32: 相位共轭镜 37
Px=@Tw N, Ex33: 稳定腔 38
|0=UZK7%O Ex33a: 半共焦腔 38
Is7 BJ f Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
I 6f/+;E Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
.nrllVG%` Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
^
U mYW Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
rT/r"vr Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
sg^|dS{3D Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
*$vH]>)p Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
MHK|\Z&e7 Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
0Z8"f_GK Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
pzz* >Y Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
_/I">/ivlM Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
] c7 X~y Ex33l: 谐振腔耦合 43
n^T,R Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
bu]"?bc Ex34: 单向稳定腔 45
H T Or Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
~bhS$*t64 Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
*$<W"@%^J Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
'V]&X.=zC Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
rR#Ditn^ Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
%A$&9c% Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
1 Hr}n6s Ex36: 有限差分传播函数 57
:h{uZ,#Gi Ex36a: FDP与软孔径 58
t+8e ?=" Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
v .jxG {~. Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
@m#OhERv Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
y'K2#Y~1e Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
$0 olqt: Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
K"0 IW A Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
\x}\)m_7M< Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
fgdR:@]- Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
h= sNj Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
E&P2E3P Ex38: 剪切干涉仪
v4n< G - 62
\EySKQ= Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
PW5]+ |# Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
{rUg,y{ v Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
QJVbt Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
n:%4 SZn Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
5G f@n/M" Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
u=.8M`FxP Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
aj1]ZT \ Ex46: 光束整形滤波器 68
cs+3&T: ,* Ex47: 增益片的建模 68
y?<K N0j Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
>qmCjY1 Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
1 ~zjsi Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
&J>e; X Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
?RsrY4P Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
zw>L0gC Ex48: 倍频 70
|58HPW9 Ex49: 单模的倍频 71
D:1@1Jr Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
b6N[t _, Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
y7 ,I10:D Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
m2j&0z Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
l6/VJ~(}' Ex52: 锥像差 72
y|5L %,i Ex53: 厄米高斯函数 74
: { p'U2 Ex53a: 厄米高斯多项式 75
s?w 2^<P Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
9n&
&`r Ex54: 拉盖尔函数 75
r)*23 &Ojs Ex55: 远场中的散斑效应 75
("9bV8:@B Ex56: F-P腔与相干光注入 75
h'y%TOob Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
Y[{:?i~9, 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
'ToE Y3 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
0gd`W{YP Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
SMEl'y Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
wjA
wJOw| Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
Eomfa:WL Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
}
oPO` Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
#-0e0 Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
Xz _WFLq4 Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
Bf ut mI Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
u m9yO'[C Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
0k]Ap W Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
SqM>x m Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
uJw?5kEbv< Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
v K',!1]y Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
5\+*ml Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
Xs0)4U Ex60a: 对散焦的简单优化 80
*~vB6V |1 Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
=;Gq:mHi Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
XF!L. ' zH Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
|oY{TQ<<d Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
2 XP
}:e Ex61: 对加速模型评估的优化 82
g#5R|| r Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
4p:d#,?r Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
PkvW6,lS Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
5\Q Tm; Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
%HUex
6! Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
ingG
Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
[wGj?M} Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
J @Hg7Faz Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
7he73 Ex67a: 六边形透镜阵列 88
+:S `] Ex67b: 矩形透镜阵列 88
)~
( *q Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
/ZvP.VW& Ex67d: 矩形柱透镜 88
586P~C[ic Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
Qg4D*r\|@ Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
.shi?aWm Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
zI`I
Q Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
{wqT$( (< Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
Q:A#4Z Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
y]db]pP5 Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
OoB|Eh|), Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
F%w! I 9 Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
:u>RyKu|&R Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
6/UOz V,[ Ex69c: 速率方程与单步骤 92
IMf|/a9- Ex69d:
半导体增益 92
CTIS}_CWd= Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
R"B{IWQi Ex69f: 速率方程的数值举例 93
A @A8xn% Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
c]6b|mHT Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
c!EA>:;(< Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
Z&
_kq| Ex69j: 稳态速率方程的解 93
Qit&cnO Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
*u},(4Qf Ex70: Udata命令的显示 93
Z"`w>c. Ex71: 纹影系统 94
_*mn4n= Ex72: 测试ABCD等价系统 94
hb`9Vn\-E Ex73: 动态存储测试 95
j~q 7v
`": Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
%2QGbnt_* Ex75: 锥面镜 95
m
Q2i$ 0u Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
DQG%`-J Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
ha
:l-<a Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
6. @.k Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
=o#Z?Bn5 Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
E7X6RB b 。。。。后续还有目录
cYSn
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lc,k-}n NI?O 
