前言
o$*aAgS+ ZA u=m GLAD是由美国Applied Optics Research（AOR）公司开发的一款专业的物理
光学软件，特别适用于
激光领域各种光学现象的仿真和评估！软件的开发者George Lawrence教授长期在光学领域排名NO.1的美国亚利桑那州立大学任教，在物理光学特别是激光领域拥有三十多年的研究经验。目前GLAD软件已经被国内外众多研究机构和公司作为仿真评估工具广泛使用。
+VJS/ |[)k5nUQ| GLAD使用复振幅来描述光束，采用快速傅里叶变换结合分步傅里叶算法进行传输分析，几乎能对所有类型的激光系统进行分析，或对物理
光学系统做完整的端-对-端的分析处理，还囊括各种激光增益模型、数种非线性过程和许多其它的激光及物理光学效应。
WR&>AOWAD GLAD的使用方法为调用内部各类“积木”进行建模、传输和分析。积木的类型包括：用于进行系统和光束初始化的命令；用于表征各类像差和相位屏的命令；用于表征各类传统光学元件的命令；用于表征各类非线性过程的命令；用于表征激光增益介质的命令；用于光束参数诊断的命令；用于计算结果输入、输出的命令等。只要将不同类型的积木有机“组装”起来就可以轻松实现任意光学系统的模拟。
FeW} tKH =cwQG&as GLAD的应用领域包括：（1）包含传统光学元件，如各种
透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析；（2）光束质量的分析和评价；（3）二元衍射光学元件的分析；（4）各种波导的分析；（5）激光系统的分析：无源腔性能分析，含各类增益介质的有源腔分析；（6）多种非线性过程的模拟。
"!ZQ`yl ^#|Sl D] 为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能，熟悉GLAD的使用，本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读，希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。
KASuSg+ 不当之处，敬请指正！
[y (DtOR :]Nn(}, r{cefKJHg 目录
<G};`}$a 前言 2
Ic 5TtN~/> 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
nx
2、带有反射壁的空心波导 7
{iGy@?d)zt 3、二元光学元件建模 14
}McqoZ%F 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
#?OJ9pyG' 5、大气像差与自适应光学 26
InO;DA\ 6、热晕效应 29
$?_/`S13 7、部分相干光模拟 34
/|<Pn!}J 8、谐振腔的
优化设计 43
CIxa" MW 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
Qm-I=Rh+ 10、非稳环形腔模拟 53
RP@U0o 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
)8cb @N 12、体全息模拟 63
Uuxx^>"h\ 13、利用全息图实现加密和解密 68
8 t1XZ 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
sf([8YU d 15、拉曼放大器 80
&z;bX-"E 16、瞬态拉曼效应 90
2
c
2lK 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
*1 H8
& 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
e^LjB/<Th 19、光学参量振荡器 109
S/itK3 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
m4 k:uk7N 21、ZIG-ZAG放大器 122
~+A(zlYr~ 22、多程放大器 133
i,H(6NL. 23、调Q激光器 153
diz= |g=w 24、
光纤耦合系统仿真 161
a2!U9->! 25、相干增益模型 169
GM~Ek] 9C% 26、谐振腔往返传输内的采样 181
` !udU,|N 27、光纤激光器 191
Y>/T+ub =bBV
A0y GLAD案例索引手册
Dru iiA !*?|*\B^I 目录
yTxrbE *;&[q{hz 目 录 i
AMw#_8Y 
qj7 }]T_ GLAD案例索引手册实物照片
S-f
.NC}:i GLAD软件简介 1
e=cb% Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
`f[ Ex1a: 基本输入 2
=*5< w Ex1b: RTF命令文件 3
O"GuVC}B Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
gkM Q=;Nn Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
fTOGW`s^ Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
)ZW[$:wA Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
n)Z u > Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
68U fuC Ex3: 单位选择 7
M!/!* ,~ Ex4: 变量、表达式和数值面 7
0H +! v Ex5: 简单透镜与平面镜 7
j S4\; Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
UhKd o Ex7: mirror/global命令 8
uq2C|=M-x\ Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
r j.X" Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
j "s 7P% Ex8b: 离轴单抛物面 12
A>v e|us$ Ex8c: 椭圆反射镜 12
:jf/$]p Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
nWes,K6T Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
G=F _{z\ } Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
kz/"5gX: Ex10: 宏、变量和udata命令 17
9sN#l Ex11: 共焦非稳腔 17
``-pjD(t Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
Sy/ Z}H Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
JvsL]yRT Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
[}=a6Q>) Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
' Tk4P{ Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
S"t\LB*'Ls Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
Q Hr'r/0 Ex13: 相位像差 20
;X
N Ahg7 Ex13a: 各种像差的显示 21
Ou4 `#7FR Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
AQ?; UDqU Ex14: 光束拟合 23
drxCjuz" Ex15: 拦光 24
o-o - '0l Ex16: 光阑与拦光 24
b BiTAP Ex17: 拉曼增益器 25
;Dbx5-t Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
^?2zoS#iw Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
kL F~^/ Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
cM rO@=b; Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
?t<g|H/|6 Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
lGt:.p{NG Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
BIS ., Ex24: 大气像差与自适应光学 31
yEos$/*u-N Ex24a: 大气像差 32
rvU^W+d Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
ts%
n tnvI Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
O+|ipw*B% Ex25: 地对空激光通讯系统 32
:7i x`C2 Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
LJ;&02w@ Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
*fs[]q'Q Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
X`3_ yeQ c Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
+_{cq@c 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
($!uBF-b Ex28: 相位阵列 35
VC0Tqk Ex28a: 相位阵列 35
d'&OEGb< Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
;B;@MD, B Ex29: 带有风切变的大气像差 35
5
1N /XE k Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
vS"h`pL Ex31: 热晕效应 36
k ~Q
5Cs Ex31a: 无热晕效应传输 37
3AglvGK7{ Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
MkHkM Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
JS/ ChoU Ex32: 相位共轭镜 37
4x}U+1B Ex33: 稳定腔 38
Lq$ig8V:O7 Ex33a: 半共焦腔 38
f _$hK9I Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
|h%H Uau Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
tSux5 yV Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
v%c /eAF Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
xAl8e
Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
% 6%mf>Guf Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
_VRxI4q Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
nW^h
+ Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
4:S]n19nq Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
Phk3J v
Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
= |``d- Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
z5oJQPPi Ex33l: 谐振腔耦合 43
by0K:*C Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
V9SL96 '[I Ex34: 单向稳定腔 45
)/vom6y* Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
1pg#@h[|t Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
7y3WV95Z\ Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
S[2?,C<2= Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
f^ *Yqa Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
*r[V[9+y-D Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
gKl9Nkd!R Ex36: 有限差分传播函数 57
b9#(I~} Ex36a: FDP与软孔径 58
ZgG~xl\My Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
n?$ c"} Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
W7'<Jom|? Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
?>U=bA Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
dt@c,McN|Q Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
{Q37a=;, Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
j5Da53c#^ Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
9 PA<g3z Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
7l$
u.[ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
K:jn^JN$ Ex38: 剪切干涉仪
^\Z +Xq1~/ 62
AEaN7[PQx| Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
|hw.nY]J Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
3~bB2APk Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
yyljy E Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
FG[rH] Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
i0$*):b Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
O1c:X7lHc Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
7 s{vou Ex46: 光束整形滤波器 68
~tt\^:\3~S Ex47: 增益片的建模 68
` 6*]c n#( Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
B~ i Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
/+J nEFf Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
2aCf?l( Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
_~;%zF X Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
2b"DkJj' Ex48: 倍频 70
|u?Vl Rt Ex49: 单模的倍频 71
qe#5;# Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
C
'MR=/sd Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
/q\e&&e Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
RG'76?z Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
a-E}3a Ex52: 锥像差 72
Ad>81=Z Ex53: 厄米高斯函数 74
n<j+KD#a Ex53a: 厄米高斯多项式 75
j\IdB:}j Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
/P@%{y Ex54: 拉盖尔函数 75
.!KsF
h,pK Ex55: 远场中的散斑效应 75
P9 '`
2c Ex56: F-P腔与相干光注入 75
O 7
aLW Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
s $>n U Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76
}}$@Tij19[ 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
h#O9TB Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
$'3xl2T Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
9/29>K_ Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
pg4pfi^__V Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
U< Xdhgo? Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
CA0XcLiFt Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
clV^Xg8D Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
}' AY #g Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
)h]#:,pm Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
O1\Hx 8 ^ Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
wx o Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
9;U?_ Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
;\2Z?Kq Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
ap}p ?r Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
B F<u3p?? Ex60a: 对散焦的简单优化 80
y0mNDze Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
&N/t%q Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
8i`>],,ch Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
%r(WS_%K| Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
I*
C~w Ex61: 对加速模型评估的优化 82
\6&Ml]1 Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
D;V[9E=g/ Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
1B2#uhT]r Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
ZAg Xz{!H( Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
$!.>)n Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
Ptba C6"\ Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
l(sVnhL6h Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
50N4J Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
+,>%Yb =EA Ex67a: 六边形透镜阵列 88
70c ]|5 Ex67b: 矩形透镜阵列 88
L/tn;0 Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
B M,hcT r? Ex67d: 矩形柱透镜 88
~< bpdI0 Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
Z{0 BH{23 Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
EYq?N L=' Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
,O5X80'.g Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
8O,\8:I# Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
fx_#3=bXi Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
3 2\.-v Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
Dd5
9xNKm Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
WMa0L&C~v Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
Lk m-< Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
T(7`$<TQ Ex69c: 速率方程与单步骤 92
?ZRF]\dP] Ex69d:
半导体增益 92
+; q\7 * Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
#_ | B6!D! Ex69f: 速率方程的数值举例 93
MJ)lZ!KZ Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
aDNB~CwZZ Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
sg
$db62> Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
E?XaU~cpc Ex69j: 稳态速率方程的解 93
%f1%9YH Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
z5fE<=<X_W Ex70: Udata命令的显示 93
pD$4nH4KST Ex71: 纹影系统 94
neI7VbH4 Ex72: 测试ABCD等价系统 94
9Lb96K?=> Ex73: 动态存储测试 95
~:z.Xu5m Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
|NfFe*q0;8 Ex75: 锥面镜 95
'V:Q : Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
y d 97ys Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
-XV,r<'' Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
^ F] hW Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
r<+C,h;aww Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
X, |8Wpi= 。。。。后续还有目录
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!LN8=u. ii )# (b:V 
