前言
O v3W;jD Z09FW>"u 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。
QS2J271E} | \ Nj 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。
a%*l]S0z" 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。
VM{`CJ2 u2HkAPhD 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。
i^P@? $>E\3npV 为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能，熟悉GLAD的使用，本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读，希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。
ht c& !m 不当之处，敬请指正！
xGbr>OqkTX MWf ]U e;b,7Qw 目录
f`<j(.{9F 前言 2
N[ 4v6GS 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
t}-[^|)7 2、带有反射壁的空心波导 7
w?CbATQ 3、二元光学元件建模 14
dDH+`;$. 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
g-'y_ '%0G 5、大气像差与自适应光学 26
D|I(2%aC 6、热晕效应 29
h"VQFqQy 7、部分相干光模拟 34
Wz$%o'OnC 8、谐振腔的
优化设计 43
d7N;F a3yL 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
XfA3Ez,} 10、非稳环形腔模拟 53
`} o 4 &$ 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
${'gyD 12、体全息模拟 63
pTq,"}J!+ 13、利用全息图实现加密和解密 68
\V @SCA ' 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
rUfW 0 15、拉曼放大器 80
4mOw[}@A 16、瞬态拉曼效应 90
E
[JXQ76 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
,CW]d#P| 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
2=ZR}8}9Q: 19、光学参量振荡器 109
q0WW^jwQ 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
hT6:7 _UD 21、ZIG-ZAG放大器 122
ZWMX!>o< 22、多程放大器 133
qG"|,bA
23、调Q激光器 153
Sp)KtMV 24、
光纤耦合系统仿真 161
-Nmf}`_ 25、相干增益模型 169
7= XQgbY/ 26、谐振腔往返传输内的采样 181
I Vy,A 7f 27、光纤激光器 191
47I:o9E oTtmn,
T GLAD案例索引手册
UCYhaD@sP "FQh^+ 目录
';V(sRU@ [rqe;00 ] 目 录 i
@RotJl/> 
c?)
pn9 GLAD案例索引手册实物照片
sb4)@/Q7j GLAD软件简介 1
?97MW a Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
dgssX9g37 Ex1a: 基本输入 2
!mBsDn(J Ex1b: RTF命令文件 3
0kgK~\^,.O Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
uZZ[`PA( Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
e<5+&Cj Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
^
vI| Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
'R_U,9y` Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
AX**q$ 'R Ex3: 单位选择 7
0 w \X Ex4: 变量、表达式和数值面 7
3iYz<M Ex5: 简单透镜与平面镜 7
567ot|cc Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
wlqV1.K Ex7: mirror/global命令 8
L:Y sAv Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
QOuy (GY
Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
GQqw(2Ub} Ex8b: 离轴单抛物面 12
1E$Z]5C9 Ex8c: 椭圆反射镜 12
S "oUE_> Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
qNHS 1 Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
$Br^c< y Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
x+B~ t4A Ex10: 宏、变量和udata命令 17
N=D
Ynz_~ Ex11: 共焦非稳腔 17
Tp`)cdcC[ Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
37p0*%a": Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
qIjC-#a=m Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
m?<8 ': Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
?Z4& j'z< Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
p8s2#+/ Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
I#eIm3Y? Ex13: 相位像差 20
NJqALm!( Ex13a: 各种像差的显示 21
u4VQx,, Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
lk.Q6saI1 Ex14: 光束拟合 23
]p'Qk Ex15: 拦光 24
CcY.8|HT Ex16: 光阑与拦光 24
i`& yPw Ex17: 拉曼增益器 25
IX7d[nm39 Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
mMN oR] Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
TG?;o/ Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
~ $r^Ur!E\ Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
pE `Q4: <A Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
W}L =JJo}, Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
lG# &Pv>- Ex24: 大气像差与自适应光学 31
sbK 0OA Ex24a: 大气像差 32
s ^C*uP;R Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
A!^K: S:@ Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
rA=F:N
2 Ex25: 地对空激光通讯系统 32
Va=0R Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
]?``*{Zqy Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
l^$ :R~gS Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
QQ2xNNF[ Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
e}[$ = 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
dUO~dV1 Ex28: 相位阵列 35
,6t0w|@-k Ex28a: 相位阵列 35
Fg#*rzA Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
}$qy_Esl Ex29: 带有风切变的大气像差 35
(59<Zo Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
D VSYH{U4 Ex31: 热晕效应 36
E}NX+ vYF Ex31a: 无热晕效应传输 37
-^#Ix;% Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
uU5:,Wy+dg Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
t9 m`K9.\ Ex32: 相位共轭镜 37
B|extWwu Ex33: 稳定腔 38
)%^ oR5W Ex33a: 半共焦腔 38
`n^jU92 Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
}1R k]$XC Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
uaU!V4 - Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
]-* }-j` Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
?Fi-,4 Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
yvH: U5% Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
h)y"? Jj Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
$ ~D`-+J Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
$oxPmELtpe Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
QyHUuG|g Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
$wN'mY Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
W
8E<P y Ex33l: 谐振腔耦合 43
$u3N ',& Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
i}wu+<Mk Ex34: 单向稳定腔 45
<EBp X Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
.f jM9 G# Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
x[ (2}Qd Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
-q+Fj; El Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
mD )Nh Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
J=\Y 4- " Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
*f4KmiQ~ % Ex36: 有限差分传播函数 57
:=i0$k<E/ Ex36a: FDP与软孔径 58
8|d[45*q Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
v xqMo9 T Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
<M$hj6.tn Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
q!AS }rV Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
-Q$$2QW! Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
QGsh c Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
wV -cpJ,} Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
*:&fw'vd, Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
BV!Kiw Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
nmSpNkJ5 Ex38: 剪切干涉仪
G %#us3x 62
B]Zsn`n Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
|Zt=8} di Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
XD|&{/O Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
C&5T;=<jKO Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
N`zHe *=[~ Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
*50Ykf Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
, $}Q#q Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
Zy!\=-dSm Ex46: 光束整形滤波器 68
5:s]z#8) Ex47: 增益片的建模 68
IsRsjhg8x Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
G)e 20Mst Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
|/ <iydP Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
\/ $v@5 Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
,]cd%w9 Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
(=P nLP Ex48: 倍频 70
yGD0}\!n Ex49: 单模的倍频 71
CI @I Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
#Kh`ATme Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
>yWJk9h f Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
XBr>K> ( Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
lhjPS!A~ Ex52: 锥像差 72
~P/G^cV3s Ex53: 厄米高斯函数 74
Jz|(B_U Ex53a: 厄米高斯多项式 75
&1?Q]ZRp Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
6Edqg Ex54: 拉盖尔函数 75
1 9=Dd#Nf Ex55: 远场中的散斑效应 75
kh5V&%>? Ex56: F-P腔与相干光注入 75
A{c6XQR~z Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
:qT>m 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
P,%|(qB 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
p5 [uVRZ Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
CjST* (,b Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
bZlA K) Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
@ =,J6 Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
UbYKiLDF) Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
D=OU 61AA Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
xp &I~YPH Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
xj~6,;83xR Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
{Ise ( > V Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
^{Vm,nAQqs Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
r;'!qwr Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
es6e-y@e Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
rcbixOT Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
vIG,!^*3 Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
MUo?ajbqOd Ex60a: 对散焦的简单优化 80
4Cfwz-Qo Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
r'!l`
gm,S Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
#2MwmIeA Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
dKMuo'H'% Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
bHMlh^{`% Ex61: 对加速模型评估的优化 82
6%'{Cq1DE Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
LNg1q1 P3 Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
dqkkA/1 Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
4 '+)9&g Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
RS: 0xN\JN Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
O]Hg4">f Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
3LTO+>, |" Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
6JL
7ut Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
i3~!ofTb Ex67a: 六边形透镜阵列 88
|z4 /4Y@ Ex67b: 矩形透镜阵列 88
ysa"f+/ Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
u)V* o Ex67d: 矩形柱透镜 88
Z5U~g? Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
F;ZLoG*U Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
4H,DG`[Mo Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
'l}3Iua6qk Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
ZN)/doK Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
-Rvxjy)[N Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
h}oQr0"c Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
::R^ w" Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
@<2pYIi 8 Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
w Vof_'F1 Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
I)x:NF6JO Ex69c: 速率方程与单步骤 92
^U =`Rx Ex69d:
半导体增益 92
2iG Rw4`_a Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
5>=tNbk"s Ex69f: 速率方程的数值举例 93
WLpn,8qsY Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
i~.[iZf| Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
I*ej_cFQ^ Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
JC#@sJ4az) Ex69j: 稳态速率方程的解 93
T 'V(%\w Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
m^=,
RfUUd Ex70: Udata命令的显示 93
06`__ $@h Ex71: 纹影系统 94
Z:*U/_G Ex72: 测试ABCD等价系统 94
{)[i\=,`{ Ex73: 动态存储测试 95
-3V~Yh G Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
=.%ZF]Oe+# Ex75: 锥面镜 95
cC[n~OV Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
-r2cK{Hhp& Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
D6vn3*,& Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
79V5{2Y*U Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
W f?sJ`.%b Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
y((_V%F} 。。。。后续还有目录
5B2,=?+o 对这两本书感兴趣的可以扫码加微联系
M;9+L&p= q^cF D 
