前言
j_H{_Ug *}$T:kTH GLAD是由美国Applied Optics Research（AOR）公司开发的一款专业的物理
光学软件，特别适用于
激光领域各种光学现象的仿真和评估！软件的开发者George Lawrence教授长期在光学领域排名NO.1的美国亚利桑那州立大学任教，在物理光学特别是激光领域拥有三十多年的研究经验。目前GLAD软件已经被国内外众多研究机构和公司作为仿真评估工具广泛使用。
k*\WzBTd ]3BTL7r GLAD使用复振幅来描述光束，采用快速傅里叶变换结合分步傅里叶算法进行传输分析，几乎能对所有类型的激光系统进行分析，或对物理
光学系统做完整的端-对-端的分析处理，还囊括各种激光增益模型、数种非线性过程和许多其它的激光及物理光学效应。
. R#p<"$I 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。
)0
.gW QS4sSua 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。
hb D@B.PD hHm &u^xY 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@W 不当之处，敬请指正！
&HNJ ' [-x~Q[ P>+{}c}3I 目录
be |k"s|6) 前言 2
MS)# S& 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
h/ ?8F^C#v 2、带有反射壁的空心波导 7
47ppyh6@ 3、二元光学元件建模 14
S#8w nHq 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
),(ejRP'r 5、大气像差与自适应光学 26
MRwls@z= 6、热晕效应 29
EW%%W 6O6 7、部分相干光模拟 34
v7&e,:r2E@ 8、谐振腔的
优化设计 43
3;zJ\a.+ 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
^/47 *vcN5 10、非稳环形腔模拟 53
vv U;55- 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
"WdGY*r 12、体全息模拟 63
R] tHd=kf 13、利用全息图实现加密和解密 68
_ r0oOp E 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
4_Tx FulX. 15、拉曼放大器 80
22"M#:r$ 16、瞬态拉曼效应 90
,A[40SZA 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
1mm/Ssw:C 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
0(VH8@h`O 19、光学参量振荡器 109
`C%,Nj 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
%<6oKE 21、ZIG-ZAG放大器 122
bg[k8*.:F 22、多程放大器 133
*91iFeKj= 23、调Q激光器 153
j0B, \A 24、
光纤耦合系统仿真 161
d8`^;T
;}d 25、相干增益模型 169
^W5rL@h_ 26、谐振腔往返传输内的采样 181
s-Q-1lKV, 27、光纤激光器 191
X aW@CW $qYtN`b, GLAD案例索引手册
]:(>r&' FY)v rM*yh 目录
1_%jDMYH <6Q]FH!6 目 录 i
"#z4 
PwU}<Hrl] GLAD案例索引手册实物照片
r483"k(7 GLAD软件简介 1
y :WRpCZoa Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
6^F "np{w Ex1a: 基本输入 2
&Y%Kr`.h Ex1b: RTF命令文件 3
@ +h2R Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
WCA`34 ( Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
!f-mC,d Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
}`&#{> ]2 Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
&&4av*\I Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
JM!rop^ Ex3: 单位选择 7
W Y_}D!O Ex4: 变量、表达式和数值面 7
4j|]=58 Ex5: 简单透镜与平面镜 7
eUPG) { " Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
'uBXSP# Ex7: mirror/global命令 8
-B fZ P5 Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
FiMP_ y*S Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
e;~[PYeu Ex8b: 离轴单抛物面 12
x^^; /%p Ex8c: 椭圆反射镜 12
O|m-Uz"+ Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
{\ [u2{ Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
<Z{ \3X^ Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
m:5 *:Ii. Ex10: 宏、变量和udata命令 17
FKY|xG9 Ex11: 共焦非稳腔 17
3GUO Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
k<wX ? ?' Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
#x$. Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
:A
$%5;-kO Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
NX&mEz Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
"P\k_-a' Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
i`Fg kABw Ex13: 相位像差 20
L3lf2 8W Ex13a: 各种像差的显示 21
oNY;z-QK Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
}C! N$8 d, Ex14: 光束拟合 23
| V Ps5 Ex15: 拦光 24
g#ubxC7t< Ex16: 光阑与拦光 24
z #c)Q Ex17: 拉曼增益器 25
He}qgE>Us Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
Rd|};- Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
|0:< Z( Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
T V\21 Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
5jD2%"YUV Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
s <Pk[7`* Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
-'3~Y
2# Ex24: 大气像差与自适应光学 31
qFp } + s Ex24a: 大气像差 32
]u
4 Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
M@EML
@~ Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
{r Q6IV3= Ex25: 地对空激光通讯系统 32
+168!Jw; Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
XBe!9/'k> Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
ax0RtqtR& Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
s9svu Fb Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
K.4t*-<`[ Ex27c: 转换镜后面的大气像差与微扰以及自适应光学的影响 35
NBZFIFO< Ex28: 相位阵列 35
6,*hzyy}Qu Ex28a: 相位阵列 35
hZf0 q 2 Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
wR
+ C> Ex29: 带有风切变的大气像差 35
If>k~aL7I Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
IOmQ1 X7, Ex31: 热晕效应 36
URS6
LM Ex31a: 无热晕效应传输 37
N-EVH e'}6 Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
ce-5XqzY@ Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
'D(| NYY Ex32: 相位共轭镜 37
u^T)4~( Ex33: 稳定腔 38
'1{co/Y Ex33a: 半共焦腔 38
xU+c?OLi Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
4%>iIPXi.( Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
(4=NKtA^G Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
Y5 e6|b| Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
B
3 <T# Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
3* C9 ;Q} Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
L]I ;{Y Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
]pr( hk Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
_1_CYrUc Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
,?g}- >ZB Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
{#"[h1 Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
k/bY>FY2r Ex33l: 谐振腔耦合 43
6c H.s+ Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
fvnj:3RK Ex34: 单向稳定腔 45
w6 0I;.hy Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
H:byCFN- Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
at"-X ?`d Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
YLs%u=e($ Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
T pXbJ]o9 Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
uj#bK
7 Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
:k9n
9
Ex36: 有限差分传播函数 57
Ve\^(9n Ex36a: FDP与软孔径 58
{`~uBz+dJq Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
<Vucr Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
%GS^=Qr Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
s/#L?[YH Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
B^Y AKbY Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
{jB& e, Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
)fSO|4 Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
l] tda( Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
b.Hf xYt( Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
NvCq5B$C Ex38: 剪切干涉仪
#+dF3]X(& 62
t* eZe`| Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
P X/{ Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
K[} 5bjh> Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
a VTTpMY Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
i2$7nSQ9 Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
6aC'\8{h Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
<X]'": Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
^f][;> c Ex46: 光束整形滤波器 68
Qb "\j Ex47: 增益片的建模 68
ig
G8L Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
EVs.'Xg< Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
{[B^~Y>Lr Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
`Hj{XIOx Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
C '5b)0km Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
HCj/x<*F Ex48: 倍频 70
['1JN UX Ex49: 单模的倍频 71
jm~(OLg Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
[fVtQ@-S! Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
)X-~+X91 S Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
X{2))t%
Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
Py?EA*(d# Ex52: 锥像差 72
!l2=J/LJj Ex53: 厄米高斯函数 74
Wp5w}8g Ex53a: 厄米高斯多项式 75
B?o ?LI Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
(H=7 ( Ex54: 拉盖尔函数 75
+-8u0 9-F Ex55: 远场中的散斑效应 75
P!uwhha/g Ex56: F-P腔与相干光注入 75
#Z%?lx"Q0 Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
Y ;qA@| Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76
#f T1\1[] Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76
8&d s Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
B EU^,r3z Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
@C\>P49 Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
x[%z \ Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
"XvM1G&s` Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
wO\,?SI4 Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
G3 h&nH,> Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
e[5= ?p@| Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
;4 E(n Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
<<Z t.!hS Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
-s ] Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
4i<V^go" Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
'ju Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
ykq9]Xqhv Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
=2sj$ Ex60a: 对散焦的简单优化 80
q ER dQ~M, Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
s> d /9 b Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
.Ioj]r Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
;0R|#9oX_ Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
BbC t_z' Ex61: 对加速模型评估的优化 82
:Ng4?
+@r Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
ry99R|/d1 Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
Z: TW{:lrI Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
ZW+[f$X Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
WnATgY t Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
IdY\_@$ v Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
B Q) 1)8r Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
]t 4 9Efw Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
u<}PcI. Ex67a: 六边形透镜阵列 88
Q#wl1P Ex67b: 矩形透镜阵列 88
7&I+mw/ X Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
(YOp Ex67d: 矩形柱透镜 88
jg,oGtRz Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
,7wxVR%Ys Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
$ U~3$*R Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
ss8de9T" ' Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
}Y{aVn&C Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
ZD )pdN X Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
oM ')NIW@ Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
|G!P G6%1 Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
{{3n">s}: Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
rXortK#\% Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
83^|a5 Ex69c: 速率方程与单步骤 92
l}#z#L2,` Ex69d:
半导体增益 92
Y~R['u, Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
dcK7D d-> Ex69f: 速率方程的数值举例 93
GpW5)a Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
`63?FzT y Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
g{]C@,W Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
%`o3YR Ex69j: 稳态速率方程的解 93
ao@"j}c Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
&n5Lc` Ex70: Udata命令的显示 93
Iy2KOv@a5 Ex71: 纹影系统 94
pO2Y'1* Ex72: 测试ABCD等价系统 94
d|nJp-%V Ex73: 动态存储测试 95
'Z<V( ;W Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
e-}b]\ Ex75: 锥面镜 95
)v4?+$g Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
{;iG}j K Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
>9h@Dj[|! Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
U ?%1:-#F Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
Pk9 4O Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
6"
s}< 。。。。后续还有目录
09_L^'` 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系
|.]:#)^X? 3L;GfYr0 
