前言
e,4G:V'NX @6Mo_4)O 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。
aOuon0 %B?5l^W@ 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。
Zu hT \l 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。
<;T7q EIlo L7b{H2 2 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。
H9Z3.F( 2 />oU}m" k 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。
NR [VGZj 不当之处，敬请指正！
eyG.XAP $k?L?R1 V:+bq` 目录
S`^W#,rj 前言 2
iUKj:q: 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
WT)")0)[ 2、带有反射壁的空心波导 7
2u:j6ic 3、二元光学元件建模 14
M#p,Z F 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
zhe5i;M 5、大气像差与自适应光学 26
]aR4U` 6、热晕效应 29
/l`X Js 7、部分相干光模拟 34
j
AE0$u~. 8、谐振腔的
优化设计 43
{ V&7JZl,/ 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
5 6R , +sN 10、非稳环形腔模拟 53
Rj u8%FRO 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
#(H_ w4 12、体全息模拟 63
!RD,:\5V 13、利用全息图实现加密和解密 68
LKZI@ i) 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
&|4Uo5qS=Z 15、拉曼放大器 80
E6gEP0b 16、瞬态拉曼效应 90
Yp)U'8{h c 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
? `KOW 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
N'1~ wxd 19、光学参量振荡器 109
@rMW_7[y 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
C"{ on% 21、ZIG-ZAG放大器 122
6 b|`[t 22、多程放大器 133
?Sqm`)\>4 23、调Q激光器 153
cn0Fz"d 24、
光纤耦合系统仿真 161
@FV;5 M:I 25、相干增益模型 169
m0"\3@kB 26、谐振腔往返传输内的采样 181
{;E/l(HNI 27、光纤激光器 191
E-D5iiF _ XZ=4s GLAD案例索引手册
B`aAvD`7 NjxW A&[ng 目录
sdWl5 " jh G7sS| 目 录 i
qr c/Q;$ 
B>ZPn6?y GLAD案例索引手册实物照片
.B 13)$C GLAD软件简介 1
DO1{r/Ib.{ Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
;Y^RF?un Ex1a: 基本输入 2
'qJ-eQ7e Ex1b: RTF命令文件 3
I={{V Q Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
;%<4U^2 Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
Jf$wBPg Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
DcA'{21 Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
(do=o&9p m Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
N -]PK%* Ex3: 单位选择 7
]Qr8 wa>Z Ex4: 变量、表达式和数值面 7
Yk Pt*?,P/ Ex5: 简单透镜与平面镜 7
ai4 ^NJn Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
\<B6> Ex7: mirror/global命令 8
m !60. Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
SWb5K0YRn Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
)y W_O : Ex8b: 离轴单抛物面 12
, d>~=' Ex8c: 椭圆反射镜 12
2H[a Y%1T Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
Z!r eX6 Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
--`LP[ll Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
%}X MhWn{ Ex10: 宏、变量和udata命令 17
#ya|{K Ex11: 共焦非稳腔 17
x
5Dt5Yp"o Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
5R `6zhf Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
>-lL -%N_ Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
v6?\65w,| Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
OeGuq.> w Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
xm5FQ) T Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
P &0cF{ Ex13: 相位像差 20
[V,
;X Ex13a: 各种像差的显示 21
lMez!qx,= Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
43=-pyp Ex14: 光束拟合 23
dY@Tt&k8E Ex15: 拦光 24
cGta4; Ex16: 光阑与拦光 24
D{c>i` \G Ex17: 拉曼增益器 25
$Wzv$4; Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
Y0O<]2yVx Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
hX| UE Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
oy
bzD Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
o!r4 frP Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
0C+y q'D~[ Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
HcVs(]tIW Ex24: 大气像差与自适应光学 31
B4 Af Ex24a: 大气像差 32
,
)pt_"-XA Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
)|R0_9CLV Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
ku9F N Ex25: 地对空激光通讯系统 32
zRoE x1 Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
PB<Sc>{U Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
I+?$4SC Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
W#7-%o T Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
IOZ|85u = 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
GVc[p\h( Ex28: 相位阵列 35
Ox*T:5 Ex28a: 相位阵列 35
bA^: p3 Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
1fhK {9# Ex29: 带有风切变的大气像差 35
f9XO9N,hE: Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
h9w^7MbO Ex31: 热晕效应 36
)7 "DR+;: Ex31a: 无热晕效应传输 37
I cA\3j Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
$4*E\G8 Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
j X!ftm2 Ex32: 相位共轭镜 37
%3#I:>si Ex33: 稳定腔 38
|XA aKZA Ex33a: 半共焦腔 38
X1V}%@3: Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
}V# 9tWW Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
V<NsmC=g Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
e9hVX[uq Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
)tI2 ?YIR Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
(:bCOEZ Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
ah"MzU ) Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
]G
o~]7(5| Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
tTh;.88Z{ Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
;/^]| Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
k#:@fH4{PA Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
ocA'goI- Ex33l: 谐振腔耦合 43
Y=Ar3O*F Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
yZ~ eLWz Ex34: 单向稳定腔 45
I%Po/+|+ Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
':2*+ Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
. I&)MZ>n Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
o`T< }z26 Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
GKsL~;8" Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
B/9<b{6 Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
0jJ28.kOp Ex36: 有限差分传播函数 57
0@e}hv; Ex36a: FDP与软孔径 58
am'p^Z @ Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
b^l
-*4 Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
yc%E$g Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
2*FWIHyf Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
?(NT!es Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
QOh w Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
+?5Uy*$ Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
gC_s\WU Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
i h$@:^\ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
:
` 6$/DK Ex38: 剪切干涉仪
qnk,E- 62
tp0!,n e* Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
< ;,S"e Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
Va/@#=,q] Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
" ,aT<lw. Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
LnI{S{]wDh Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
@a.6?.<L Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
X v7U<q Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
}2BH _
2 Ex46: 光束整形滤波器 68
$ kD`$L@U Ex47: 增益片的建模 68
c]aK
N Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
z ^a!C# IX Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
\BbOljM= Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
RqN_vk\ Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
y5AXL5 Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
=S[FJaIu7 Ex48: 倍频 70
Z*vpQBbu Ex49: 单模的倍频 71
(9YYv+GGd* Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
(4{ C7 Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
2NA rE@ Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
VNxpOoV=S Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
Lr24bv\ Ex52: 锥像差 72
%+7T9>+ Ex53: 厄米高斯函数 74
@ cS1w'= Ex53a: 厄米高斯多项式 75
Fyh?4!/ . Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
=~W0 ~lxX Ex54: 拉盖尔函数 75
7S dV %" Ex55: 远场中的散斑效应 75
kh>SrW]B% Ex56: F-P腔与相干光注入 75
1 ~B< Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
n$OE ~YwP{ 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
m_E[bDON 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
_86*.3fQG Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
0x> / 6 << Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
C$'D]fX Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
P+;CE|J`X Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
I", &%0ycm Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
ni"$[8U Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
6 <qwP?WN Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
6m-:F.k1( Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
/+x#V!zM Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
ax72e hL} Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
0U ~;%N+lv Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
d Y:|Ef|v( Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
D 8@n kSP Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
{XDY:`vZ} Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
{w |dM # Ex60a: 对散焦的简单优化 80
hr_9;,EPh Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
: ~ZqB\>i Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
*gM,x4 Y Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
uXG`6|? Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
Hyq@O 8 Ex61: 对加速模型评估的优化 82
JGk3 b=K Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
_4.]A 3;} Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
w'oo-.k Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
$S6HZG:N Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
#hD}S ~ Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
{ uaZ<4N. Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
Y o~LckF F Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
rP^TN^bd| Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
d}{LM!s Ex67a: 六边形透镜阵列 88
@pF
fpHq?> Ex67b: 矩形透镜阵列 88
PcHSm/d0e Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
u0bfX,e2U Ex67d: 矩形柱透镜 88
%]a
@A8o0 Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
X$ 7Oo^1; Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
N|!MO{sB Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
/~3N@J Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
b 0LGH.
z4 Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
&v5G92 Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
]6$,IKE7 Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
"3{#d9Gs Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
@u I? Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
w(7 6H^e Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
Q0zW ]a Ex69c: 速率方程与单步骤 92
Jv_.itc Ex69d:
半导体增益 92
fm(mO% Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
D A<F{n.Z: Ex69f: 速率方程的数值举例 93
Zg
-]sp] Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
b]!9eV$ Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
q"gqO%Wb| Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
~7dM!g{W Ex69j: 稳态速率方程的解 93
B.89_!/:p Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
yfmp$GO: Ex70: Udata命令的显示 93
$& cz$jyY Ex71: 纹影系统 94
T>}0) s Ex72: 测试ABCD等价系统 94
f~w>v Ex73: 动态存储测试 95
"$X YIu T Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
{Ge+O<mD
Ex75: 锥面镜 95
yJ!OsD Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
XD PL;(? Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
T v rk^! Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
I Byf_E;r Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
PG{i,xq_B{ Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
y }\r#"Z` 。。。。后续还有目录
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s}6+8 fE" kOw=c Gt
