前言
t7H2z}06=h }" 06'
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。
S&Q1 K y^ p^Kp= z 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。
n6ETWjP 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。
HIcx "y >&f .^p 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。
\O/EY& L ~cswG'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。
pv~XZ(J.1 不当之处，敬请指正！
?>N82#9Q h6c8 hp. ~Us1F=i_Q 目录
if9I7@ 前言 2
HWx k>F0 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
"Q`{+|'=E 2、带有反射壁的空心波导 7
iNZ'qMH22 3、二元光学元件建模 14
@#c(4}^ <w 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
,--/oP 5、大气像差与自适应光学 26
UR ck#5 6、热晕效应 29
VHsu C$3W 7、部分相干光模拟 34
c=<d99Cu! 8、谐振腔的
优化设计 43
J*F-tRuEw 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
m0t 5oO 10、非稳环形腔模拟 53
yb1A(~ 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
[Qa0uM#SU 12、体全息模拟 63
KW+ps16~ 13、利用全息图实现加密和解密 68
MeW8aL r 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
j
wlmWO6 15、拉曼放大器 80
JAj<*TB.% 16、瞬态拉曼效应 90
+ V4BJ/H 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
M@UkXA} 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
^QTl (L 19、光学参量振荡器 109
'D#}ce)s# 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
0I* ^VGZ 21、ZIG-ZAG放大器 122
#.?DsK_:@ 22、多程放大器 133
H6 ( ~6Bp5 23、调Q激光器 153
'\ H {Y[ 24、
光纤耦合系统仿真 161
?u` ?_us 25、相干增益模型 169
lb2m Wsg" 26、谐振腔往返传输内的采样 181
,G S8Gu 27、光纤激光器 191
\K9 XG/XIx oOy@X =cw GLAD案例索引手册
)p4o4 aM Hq8 <g$ 目录
R!lN m,i Jg/l<4,K, 目 录 i
#! u P >/ 
[Maon.t!l GLAD案例索引手册实物照片
7=0uG GLAD软件简介 1
T D].*9 Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
3}= .7qm Ex1a: 基本输入 2
Gy.<gyK9 Ex1b: RTF命令文件 3
17tph; Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
V7%G? Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
Y iB]}/ Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
w&f8AY)#]4 Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
s@OCj0'l Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
qEX2K^y'4" Ex3: 单位选择 7
73P=<3 Ex4: 变量、表达式和数值面 7
L^yQb4$&M Ex5: 简单透镜与平面镜 7
FVMR9~&+ Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
18z{d9'F Ex7: mirror/global命令 8
d?Gf T$1 Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
YYr &Jc j Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
kX zm Ex8b: 离轴单抛物面 12
9xP{#Qa Ex8c: 椭圆反射镜 12
5s8S;Pb]< Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
A3*ti!X<6 Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
#`RY KQwB Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
8jd<|nYnfc Ex10: 宏、变量和udata命令 17
B~^MhX
+j Ex11: 共焦非稳腔 17
gZ uk( Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
VQU [5C Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
g4<%t,(88E Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
%P0dY:L~ Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
JiEcPii Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
'Y(#Yxc Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
T#6'] D Ex13: 相位像差 20
`I ,A7b Ex13a: 各种像差的显示 21
t1b$,jHmKl Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
*_`T*$ Ex14: 光束拟合 23
`J[(Dx'y=t Ex15: 拦光 24
j WLZ!a3+ Ex16: 光阑与拦光 24
@ ^a6^*X> Ex17: 拉曼增益器 25
V2g,JFp & Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
0&=2+=[c Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
\=Af AO@ Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
Dx$74~2e Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
wY SvI Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
@g9j+D cU Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
D;Fvd: Ex24: 大气像差与自适应光学 31
;_am gRP7$ Ex24a: 大气像差 32
Re5m Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
R"6Gm67 t Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
ih.U zPg Ex25: 地对空激光通讯系统 32
Q\z3YU k Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
bv;&oc:r Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
N?Mmv| Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
<89@k(\ / Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
1)/B V{n 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
F+*>q Ex28: 相位阵列 35
%56pP"w Ex28a: 相位阵列 35
^%~ztn 51 Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
H1| -f]! Ex29: 带有风切变的大气像差 35
- >n<9 Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
twz Ex31: 热晕效应 36
cCFSPT2fq[ Ex31a: 无热晕效应传输 37
r=n| MT^O Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
%2^C Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
K_{x
y#H Ex32: 相位共轭镜 37
Fly@"W4a Ex33: 稳定腔 38
0(Y$x g Ex33a: 半共焦腔 38
&YO5N4X~o Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
HQ7-,!XO Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
j$T2ff6 Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
MVjc.^ Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
LnZ*,>1 Z Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
Tr)a6Cf Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
d%1S6eYa' Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
w! :u| Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
[4
g5 {eX Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
Il2DZ5-
) Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
fbB(W E+ Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
*u>2" !+Ob Ex33l: 谐振腔耦合 43
$ 8_t.~q Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
KZ ?<&x Ex34: 单向稳定腔 45
kOVx]= Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
d`StBXG! Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
^wb -s Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
[4kx59J3b Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
$Pzvv`f* Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
]O<Yr' Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
Mb\~WUWI Ex36: 有限差分传播函数 57
L45&O
*% Ex36a: FDP与软孔径 58
miuJ!Kr' Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
V?Lf& X? Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
BS*cG>T Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
e WqJ 2Tt Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
a&#Z=WK4 Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
3=t}p y7M Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
uWx/V+w Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
m4 E 6L Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
$msT,$NJ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
PfnhE>[>cf Ex38: 剪切干涉仪
Vt
n$*ML 62
$Y $!nPO Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
zY[6Ia{L Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
4 E 4o=Z|K Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
j V:U% Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
GPP~*+n Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
X-Xf6&U z Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
~ l CG3 7 Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
%E1~I\ n:F Ex46: 光束整形滤波器 68
?U| ~h1
Ex47: 增益片的建模 68
`U2PlCf | Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
yu#Jw Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
*Ei~2O} Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
Q;m
.m2 Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
p]!,Bo ZL Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
cJ!wZT`
Ex48: 倍频 70
DbPw) aCj Ex49: 单模的倍频 71
jt3s;U* Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
S wC, =S Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
K W04 Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
x d(AUl4qY Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
v
bb mmv Ex52: 锥像差 72
!!2~lG<] Ex53: 厄米高斯函数 74
e{=7, DRH< Ex53a: 厄米高斯多项式 75
4 LBjqv,P Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
ywq{9)vq Ex54: 拉盖尔函数 75
`E!t,*(*E Ex55: 远场中的散斑效应 75
)/
s 9ty Ex56: F-P腔与相干光注入 75
V }8J&(\ Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
(~}l ?k Ex56b: 在古伊相位附近对注入信号光进行扫面，峰值出现在140° 76
@sfV hWG Ex56c: 通过正交化确定损耗第二小的模式的古伊相位及其建立过程 76
bXJ, L$q Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
E'MMhl o Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
H@G7oK Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
2$\1v*: Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
. s?
''/( Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
=b`>ggw# Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
,Oxdqx u7 Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
QR 4v6*VpD Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
EVb'x Zr Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
pNQd\nY|0 Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
gkBat(Uc Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
ANT^&NjJ7 Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
NNe'5q9 Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
Ij=hmTl{P Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
HkEp}R Ex60a: 对散焦的简单优化 80
!29
Rl`9 Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
)x( *T Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
e#_xDR: Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
P Cw.NJd$ Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
*:YW@Gbm Ex61: 对加速模型评估的优化 82
K<s\:$VVh Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
5n(p 1OM2q Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
r\Man'h$ Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
m{b( ^K9} Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
cG "jrQ Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
z2"2Xqy<U Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
UK X'A)$ Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
Gc@ENE f Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
Bljh'Qp>C Ex67a: 六边形透镜阵列 88
v KaX,)P;? Ex67b: 矩形透镜阵列 88
"}PmAr e Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
X^aujK ^@ Ex67d: 矩形柱透镜 88
c!kbHZ<Z Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
hfEGkaV._3 Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
|$1j;#h Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
=q6yb@ Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
D.? KgOZ Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
60`y= !?f Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
tM@TT@.t~ Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
oO= 6Kd+T Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
N18Zsdrp Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
C}+ (L3Z Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
Dhef|E< Ex69c: 速率方程与单步骤 92
`0 .5aa Ex69d:
半导体增益 92
;|
\Ojuf Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
;Vp&f%u+v Ex69f: 速率方程的数值举例 93
Kx< bVK4 " Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
y# x]?%m Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
(F_ #LeJ| Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
*a$z!Ma3h Ex69j: 稳态速率方程的解 93
2RM0ca _F Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
@x{;a 9y Ex70: Udata命令的显示 93
u9VJ{ F Ex71: 纹影系统 94
)ZiJl5l@ Ex72: 测试ABCD等价系统 94
lHP[WO
Ex73: 动态存储测试 95
t%8*$"~X Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
.^Ek1fi. Ex75: 锥面镜 95
: [AW Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
h ?$4\^/ Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
N2~DxVJ5cT Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
/B1NcRS Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
lT$A;7[ Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
1}V_:~7 。。。。后续还有目录
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