前言
'fs
tfk /1v:eoF; 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。
)Q 5 x% / -knqv 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。
}S$OE))u GLAD的使用方法为调用内部各类“积木”进行建模、传输和分析。积木的类型包括：用于进行系统和光束初始化的命令；用于表征各类像差和相位屏的命令；用于表征各类传统光学元件的命令；用于表征各类非线性过程的命令；用于表征激光增益介质的命令；用于光束参数诊断的命令；用于计算结果输入、输出的命令等。只要将不同类型的积木有机“组装”起来就可以轻松实现任意光学系统的模拟。
=H`yzGt bv;. 6C(T< GLAD的应用领域包括：（1）包含传统光学元件，如各种
透镜、反射镜、棱镜的光学系统的衍射传输分析；（2）光束质量的分析和评价；（3）二元衍射光学元件的分析；（4）各种波导的分析；（5）激光系统的分析：无源腔性能分析，含各类增益介质的有源腔分析；（6）多种非线性过程的模拟。
]v/pMg#- YQ@2p ?4 m 为了使广大有志于采用GLAD进行光学系统设计及仿真的师生及研究人员更加全面地了解GLAD的功能，熟悉GLAD的使用，本书从GLAD的案例手册中精选了二十七个案例进行解读，希望对于各位运用GLAD解决实际问题有所裨益。
A0>r]<y 不当之处，敬请指正！
K.=5p/^a (q0vql cij8'( "+! 目录
*8J 0yv 前言 2
G!`PP 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
2z.~K&+x 2、带有反射壁的空心波导 7
~F53{qxV 3、二元光学元件建模 14
gKY6S? 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
P:_bF>r ? 5、大气像差与自适应光学 26
h56Kmx xk 6、热晕效应 29
j 7^A%9 7、部分相干光模拟 34
ySB0"bl 8、谐振腔的
优化设计 43
J0
dY%pH# 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
|VzXcV-"8) 10、非稳环形腔模拟 53
1 l/t|M^I 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
f`KO#Wc 12、体全息模拟 63
IRdR3X56 13、利用全息图实现加密和解密 68
> gs_Bzy] 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
j74hWz+p4 15、拉曼放大器 80
,2 rfN"o 16、瞬态拉曼效应 90
`a:3S@n(} 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
#s81 k@#X 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
V%)T u{L 19、光学参量振荡器 109
jV9oTH- 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
Z:<an+v|5 21、ZIG-ZAG放大器 122
;BqCjS%`N 22、多程放大器 133
\@yJbhk 23、调Q激光器 153
M| j=J{r 24、
光纤耦合系统仿真 161
u]7wd3( 25、相干增益模型 169
\ {]y(GT 26、谐振腔往返传输内的采样 181
}3 _b%{ 27、光纤激光器 191
dHTx^1 |`Noj+T47I GLAD案例索引手册
122s 7A 4Ngp - 目录
qrp@ ^H7xFd|> 目 录 i
`'^o 45 
h d i0YL GLAD案例索引手册实物照片
nT}Wx/aT GLAD软件简介 1
me {u~9& Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
uoOUgNwGg Ex1a: 基本输入 2
,Pcg+^A Ex1b: RTF命令文件 3
.4 U*.Rf
Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
[>r0
(x&. Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
`F o/RZOW Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
JKfJ%yy | Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
\lm ]G 7h Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
fqY'Uq$= Ex3: 单位选择 7
4oH ,_sr Ex4: 变量、表达式和数值面 7
}) P!7t Ex5: 简单透镜与平面镜 7
[`qdpzUp& Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
ppNMXbXR Ex7: mirror/global命令 8
Eyjsbj8 Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
K0_gMi+bR Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
GF8wKx#J Ex8b: 离轴单抛物面 12
[:#K_EI5% Ex8c: 椭圆反射镜 12
-y$6gC RY Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
P_NF;v5 v Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
c`p '5qz Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
t"YsIOT:O" Ex10: 宏、变量和udata命令 17
OR!W3
@ Ex11: 共焦非稳腔 17
CxjB9# Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
d6'G
7'9 Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
{4,],0bjx/ Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
w i Z Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
`R: W5_n Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
prN+{N8YC Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
Iq4B%xo6G Ex13: 相位像差 20
eh<mJL%T Ex13a: 各种像差的显示 21
^}p##7t [ Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
[SC6{ | Ex14: 光束拟合 23
u "jV#,, Ex15: 拦光 24
4F
G0'J&hw Ex16: 光阑与拦光 24
vVw@^7U Ex17: 拉曼增益器 25
M1xsGa9h& Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
tx>7?e8E Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
K &`1{, Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
;J TY#)Bh Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
:,aY|2si Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
o}114X4q; Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
p? o[+L< Ex24: 大气像差与自适应光学 31
\q1tT!] Ex24a: 大气像差 32
kl.; E{ PL Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
aMY@**^v Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
EG3,TuDH8 Ex25: 地对空激光通讯系统 32
:M6v<Kg{; Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
C'|9nK$% Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
4 k@n5JNa Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
\8Q OZjy Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
J'|=J 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
dGBjV #bNT Ex28: 相位阵列 35
Y06^ M?} Ex28a: 相位阵列 35
n]'
r3 Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
G@`F{l Ex29: 带有风切变的大气像差 35
oH%[8!# Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
"M j#P9 Ex31: 热晕效应 36
CL1* pL Ex31a: 无热晕效应传输 37
)w M%Ul<s Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
xt?-X%oY8 Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
M[ 'O`^ Ex32: 相位共轭镜 37
VZWo.Br'W Ex33: 稳定腔 38
N~8H \ Ex33a: 半共焦腔 38
`hj,r F+4 Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
b~,e(D9DG Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
Mt-r`W3 q Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
+:; ddV Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
Ph[MXb:* Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
F5
]<=i Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
H)D|lt5xy Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
.A<Hk1(-) Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
F &czD;F Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
x5Lbe5/ P Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
W^ L ^7 Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
6Bjo9,L Ex33l: 谐振腔耦合 43
~ #3{5*
M Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
MIIl+ Ex34: 单向稳定腔 45
C(G.yd Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
JpfA+r Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
BjvQ6M{Y"+ Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
1 6zxPSTr} Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
(^}t Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
JK =A= Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
]64}Xob87_ Ex36: 有限差分传播函数 57
J#Hh4Kc Ex36a: FDP与软孔径 58
JfN5#+_i Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
CXuD%H]tx Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
/Pg)7Zn Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
0AQ4:KV(Y Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
[_)`G*X(N Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
hD
~/ywS& Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
xO )c23Z)] Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
hI86WP9* Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
;pW8a? Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
nd8<*ru$ Ex38: 剪切干涉仪
_
l`F}v 62
Dz~0 ( Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
h(/? 81: Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
\
=hg^j Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
pRobx Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
.A< HM } Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
3k)xzv%r` Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
$?PI>9g! Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
gt}Atr6>_ Ex46: 光束整形滤波器 68
,IPt4EH$ Ex47: 增益片的建模 68
Ww-x +U\l Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
g9pKoi|\E Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
d*^JO4' Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
J=3{<Xl Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
b\(f>g[ Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
L }*o8l` Ex48: 倍频 70
uy<3B>3~. Ex49: 单模的倍频 71
MT>sRx # Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
@GKDSS4jv Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
p WRd I_ Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
7#E/Q~]'6 Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
4@0 aN6Os Ex52: 锥像差 72
]20:8l' Ex53: 厄米高斯函数 74
*LB-V%{|' Ex53a: 厄米高斯多项式 75
1yE',9? Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
FAnz0p+t Ex54: 拉盖尔函数 75
*U1*/Q. Ex55: 远场中的散斑效应 75
CB#2XS>V Ex56: F-P腔与相干光注入 75
LLTr+@lj Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
6- wpR 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
' bl9fO4v 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
1- p#}V X Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
#a}w&O"; Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
-K GJr Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
:5~Dca_iU4 Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
{ }/ Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
y ~
K8 Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
@H?OHpJ" ` Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
RkG?R3e Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
5>9Q<* Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
}SSg>.48w Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
i
7] o[ Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
*/K[ B(G Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
2@a 'n@- Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
%.$!VTO" Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
_K#7#qp2 Ex60a: 对散焦的简单优化 80
_ooHB>sH Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
Ja3#W
K Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
l5w^rj Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
Lmjd,t Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
$R #_c} Ex61: 对加速模型评估的优化 82
j4i$2ZT' Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
F4\:9ws Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
'Q E8 Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
p_Xfj2E4c Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
LkJq Bg Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
TYuP
EVEXZ Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
_(f@b1O~ Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
z\tY A Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
IA0 vSF: Ex67a: 六边形透镜阵列 88
4}N+o+ Ex67b: 矩形透镜阵列 88
A/=cGE Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
(Yj6 |` Ex67d: 矩形柱透镜 88
i%133 in Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
qE2<vjRg Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
S<] k0bC Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
yam'LF Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
$Z &6 Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
<IR@/b!, Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
%.
((4 6) Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
D?E
VzG Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
EO+Ix7w Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
FiQ&g*=| Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
%GjG.11V,_ Ex69c: 速率方程与单步骤 92
fAStM: Ex69d:
半导体增益 92
iOa<= Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
}%w;@[@L Ex69f: 速率方程的数值举例 93
VT>-* Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
X{xkX g8h Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
27gHgz}} Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
51s\)d%l Ex69j: 稳态速率方程的解 93
5%( Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
KD#zsL)3 Ex70: Udata命令的显示 93
* g+v*q X Ex71: 纹影系统 94
;woK96"{t Ex72: 测试ABCD等价系统 94
hlyh8=Z6o Ex73: 动态存储测试 95
C,;<SV2# Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
\Yp"D7:Qi Ex75: 锥面镜 95
+q2\3REzx Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
8Ie0L3d- Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
=:T"naY( Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
r8R7@S2V' Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
ST#) Fl Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
:6C R~p 。。。。后续还有目录
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