前言
30g-J(Zg U$6N-q 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。
/o g2+! Ln vC{#TFO 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。
L m"a3Nb 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。
^.Vq0Qzy] OOs Y{8xM 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。
PoY+Y3 i3s-l8\\z 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。
` :Am#"j]} 不当之处，敬请指正！
nRN&u4 YY{S0jnhF s2riayM9/
目录
=9 FY;9 前言 2
$`x4|a8- 1、传输中的相位因子与古伊相移 3
GUE 3| 2、带有反射壁的空心波导 7
G%-[vk# ] 3、二元光学元件建模 14
qYZX,
x 4、离轴抛物面聚焦过程模拟 21
bcC ;i~9 5、大气像差与自适应光学 26
6;9SU+/ 6、热晕效应 29
i,M<}e1 7、部分相干光模拟 34
3D[IZ^%VtM 8、谐振腔的
优化设计 43
f {AbCi 9、共焦非稳腔模拟仿真 47
Wcl@ H @ 10、非稳环形腔模拟 53
WE 'afxgV 11、含有锥形反射镜的谐振腔 58
^tIs57! 12、体全息模拟 63
p E lF,Y 13、利用全息图实现加密和解密 68
U-#wFc2N 14、透射元件中由热效应导致的波前畸变 75
J7/"8S_#N 15、拉曼放大器 80
Q3u
P7j 16、瞬态拉曼效应 90
nJY#d; 17、布里渊散射散斑现象聚焦几何模拟 97
ihBlP\C 18、高斯光束的吸收和自聚焦效应 104
I M|VGT0 19、光学参量振荡器 109
w4<1*u@${ 20、激光二极管泵浦的固体
激光器 114
fB|rW~!v 21、ZIG-ZAG放大器 122
'@i/?rNi%N 22、多程放大器 133
3|8\,fO? 23、调Q激光器 153
=o;8xKj 24、
光纤耦合系统仿真 161
s6%% /| 25、相干增益模型 169
u ;H SX 26、谐振腔往返传输内的采样 181
h7f& 7v 27、光纤激光器 191
4 ,!#E0 5Jh= ${ GLAD案例索引手册
;*5$xs&=_Z vzM8U>M 目录
x
hBlv zMxHJNQ\D 目 录 i
P qli3( 
v\PqhI y" GLAD案例索引手册实物照片
@
U
xO! GLAD软件简介 1
n=WwB(}q Ex1: 基本输入和RTF命令文件 2
P!3)-apP\ Ex1a: 基本输入 2
NK;%c-r0v7 Ex1b: RTF命令文件 3
'`&gSL.1a@ Ex2: 光束初始化与自动单位控制 4
{D J!T Ex2a: 高斯与超高斯光束的生成, 自动单位 5
3Cmbt_W V Ex2b: 利用束腰计算光束和矩阵尺寸 5
/ CEn yE/ Ex2c: 利用光栅计算光束和矩阵尺寸 6
F=!p7msRB Ex2d: 浅聚焦的光束和矩阵尺寸的计算 6
|N/Grk4 Ex3: 单位选择 7
6^y*A!xY Ex4: 变量、表达式和数值面 7
dc.9:u*w Ex5: 简单透镜与平面镜 7
s9+Rq*Qd Ex6: 圆锥反射面与三维旋转 8
AP5[}$T T Ex7: mirror/global命令 8
0F> ils Ex8: 圆锥曲面反射镜 11
8Y?z xmwn] Ex8a: 间隔一定距离的共焦抛物面 11
k#X~+}N^ Ex8b: 离轴单抛物面 12
/I} #0} Ex8c: 椭圆反射镜 12
1Kszpt (Ld Ex8d: 高数值孔径的离轴抛物面 12
o.W:R Ux Ex8e: 椭圆反射面阵列的本征模式分析法 12
/5 yjON{ Ex9: 三维空间中采用平面镜进行光束控制 17
IA I!a1e! Ex10: 宏、变量和udata命令 17
BC*62m Ex11: 共焦非稳腔 17
9"hH2jc
Ex11a: 非稳定的空谐振腔 18
Q46^i7= Ex11b: 带有切趾效应的非稳空腔 18
"`HkAW4GZa Ex11c: 发散输出的非稳腔 19
'Dw+k;RH Ex11d: 注入相反模式的空腔 19
G(gJt l Ex11e: 确定一个非稳腔的前六个模式 20
(37dD! Ex12: 不平行的共焦非稳腔 20
@i2"+_ }* Ex13: 相位像差 20
kT)[<`p Ex13a: 各种像差的显示 21
C'$w*^me Ex13b: 泽尼克像差的位图显示 23
HR'sMu3 Ex14: 光束拟合 23
" E+V >V+ Ex15: 拦光 24
5" 5!\Zo Ex16: 光阑与拦光 24
w3l2u1u Ex17: 拉曼增益器 25
=`Ii ?xo Ex18: 多重斯托克斯光束的拉曼放大 26
<8;SSdoKi Ex19: 会聚光束的拉曼过程，简单动力学分步法 26
4P(muOS Ex20: 利用wave4的拉曼放大，准直光束 28
#C^)W/dP Ex21: 利用wave4的四波混频，准直光几何传输 29
1%Hc/ N- Ex22: 准直光的拉曼增益与四波混频 29
3{c6)vR2 Ex23: 利用wave4的四波混频，会聚光束 30
r{\c. \ Ex24: 大气像差与自适应光学 31
r+ v?~m! Ex24a: 大气像差 32
R|&jvG=| Ex24b: 准直光路中的大气像差 32
wO<.wPa` Ex24c: 会聚光路中的大气像差 32
xs#g Ex25: 地对空激光通讯系统 32
|)~ t ^ Ex26: 考虑大气像差的地对空激光传输系统 34
PgOOFRwP Ex27: 存在大气像差和微扰的地对空激光传输系统 34
{BV0Y .O Ex27a: 转换镜前面的大气像差与微扰的影响 35
5<64 C}fE3 Ex27b: 转换镜后面的大气像差与微扰的影响 35
:Kq]b@ X 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
FgwIOpqE* Ex28: 相位阵列 35
I;xSd.- Ex28a: 相位阵列 35
#BtJo: Ex28b: 11×11的转向激光阵列，阻尼项控制 35
7)Cn 4{B6 Ex29: 带有风切变的大气像差 35
-sjyv/%_ Ex30: 近场和远场的散斑现象 36
xhcFZTj/( Ex31: 热晕效应 36
2F7( Y) Ex31a: 无热晕效应传输 37
YMSZcI Ex31b: 热晕效应，无动力制冷 37
qAI %6d Ex31c: 热晕效应，动力制冷和像差 37
KXrZ:4bg Ex32: 相位共轭镜 37
6LRvl6ik Ex33: 稳定腔 38
P;8nC:z L Ex33a: 半共焦腔 38
zSd!n Ex33b: 半共焦腔，1:1内腔
望远镜，理想透镜 39
j !c~%h P Ex33c: 半共焦腔，1:1内腔望远镜，透镜组 39
*jQ?(Tf Ex33d: 多边形谐振腔的分析 39
LX'z7fh Ex33e1: 相干注入，偏心光输入（1） 40
`;j@v8n$* Ex33e2: 相干注入，偏心光输入（2） 40
^cDHC^Wm Ex33f: 半共焦腔的全局定义 41
r7ebF JEf Ex33g: 线型遮光触发TEM10 41
'G>$W+lT^ Ex33h: 带有旋转末镜的半共焦腔 41
IL>VH`D Ex33i: 两种波长的平行平面腔 42
l+nT$IPF Ex33j: 多光束在同一个谐振腔中传输 42
VW`SqUl Ex33k: 拓展腔与伪反射 42
/SW*y@R2l Ex33l: 谐振腔耦合 43
B\54e Tn Ex33m: 通过正交化确定高阶模 45
J?#Xy9dz Ex34: 单向稳定腔 45
5Z@0XI Ex35: 分布式传输通过一个折射面 47
y 5{Vx{V"Q Ex35a: 分布式传输，孔径划分方法 51
c7~'GXxQ2 Ex35b: 分布式传输，入射光中添加相位光栅 53
/hN;\Z[@ Ex35c: 分布式传输，折射面上添加相位光栅 54
fI
v?HD:j Ex35d: 光束传播到带有相位光栅的倾斜表面上 56
WQ+ xS!ba Ex35e: 光束传播到带有圆形孔径的倾斜表面上 56
sOJXloeO[6 Ex36: 有限差分传播函数 57
emSky-{$u Ex36a: FDP与软孔径 58
gNHS:k\" Ex36b: FDP与FFT算法的硬孔径 58
C4aAPkcp2$ Ex37: 偏振和琼斯矩阵 58
=u-q#<h4 ; Ex37a: 偏振与琼斯矩阵 58
h6b(FTC^ Ex37b: 偏振，表面极化效应 60
g@2KnzD Ex37c: 以布儒斯特角入射时透射和反射系数 61
.H@ b zm Ex37d: 偏振，古斯-汉欣位移（1） 61
m'zve%G Ex37e: 偏振，采用jsurf/goos命令的古斯-汉欣位移（2） 61
\
)WS^KR% Ex37f: 采用三维偏振片寻址的双折射楔 61
Xp+lpVcJ Ex37g: 通过达夫棱镜之后光束的偏振性质 62
hmkm ^2 Ex38: 剪切干涉仪
\Up~ "q>Kb 62
\,xa_zeO Ex39: 传输中的高斯相位因子与古伊位移 62
XL[Dmu& Ex40: 相位共轭，有限相互作用长度 64
P$x9Z3d_ Ex41: 空间滤波对偏振的影响 64
UgL FU # Ex42: 波导光栅耦合器与模式匹配输入 65
n$ rgJ Ex43: 波导光栅耦合器与反向模式输入 66
@<.ei)cqb Ex44: 波导光栅耦合器与带有像差的反向模式输入 66
xa'^:H $X Ex45: 环形非稳腔，工作物质具有聚焦性质 66
&\=Tm~ Ex46: 光束整形滤波器 68
#;[0:jU0 Ex47: 增益片的建模 68
.?vHoNvo Ex47a: 满足比尔定律增益的非稳加载腔谐振器 70
O DEFs?%' Ex47b: 带有增益片的非稳加载腔谐振器 70
",xTgB3?V Ex47c: 带有增益片的非稳加载腔谐振器，单步骤 70
..kFn!5(g Ex47d: 点对点控制增益与饱和 70
h,?%,GI Ex47e: 点对点控制增益与饱和，多光束的饱和 70
7B<, nKd Ex48: 倍频 70
dS8ydG2 Ex49: 单模的倍频 71
W#+f2 RR Ex50: TE与TM波导模式的外耦合偏振 71
0xx4rp H Ex51: 诱导偶极子的TE与TM外耦合计算 71
]$u C~b Ex51a: TE模的波导光栅内耦合 72
hFo29oN Ex51b: TM模的波导光栅内耦合 72
! 1Hs;K Ex52: 锥像差 72
@eM$S5&n$ Ex53: 厄米高斯函数 74
2!6E~<~HC Ex53a: 厄米高斯多项式 75
Y& 1N*@YP Ex53b: 径向偏振光的建构，HG(1,0)和HG(0,1)正交偏振得到 75
4 fIjVx Ex54: 拉盖尔函数 75
{+m8^-T Ex55: 远场中的散斑效应 75
F$-f j "jC Ex56: F-P腔与相干光注入 75
q_6fr$-Qh Ex56a: 确定理想高斯模式的古伊相位 76
T Qu.jC 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
'ieTt_1.G 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
\%&A? D Ex56d: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径) 76
5 E]iv^q% Ex56e: 相关光注入调制高斯模式(实际孔径)（续） 76
*MS$C$HOq Ex56f: 在纵模空间对注入信号光进行扫描 76
*u-$$@|y Ex57: 稳定谐振腔中利用遮光来产生高阶模式 76
zYP6m3 n Ex58: 高斯光束的吸收和自聚焦效应 77
$KQ q~| Ex58a: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，无吸收情况 79
R7"7
Rx
Ex58b: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，有吸收情况 79
Y0T ad?iC Ex58c: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，比尔定律与自聚焦 79
BT&R:_: Ex58d: 比尔定律吸收器中的趋肤深度，吸收、自聚焦、像差 79
-wrVEH8 Ex59: 带有中心拦光球差的焦平面图 79
5S8>y7knQ Ex59a: 焦平面上的球差，有拦光 80
Ph%{h" Ex59b: 焦平面上的球差，无拦光 80
wAw1K 2d Ex59c: 2f透镜，焦平面扫描 80
RcO"k3J Ex60: 椭圆小孔的尺寸与位置优化 80
&XV9_{Hm Ex60a: 对散焦的简单优化 80
(uDAdE5 Ex60b: 优化的数值验证，数值目标 81
ZY 8w1:'
Ex60c: 优化的数值验证，阵列目标 81
G pI4QzR Ex60d: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，数值验证 81
oN[}i6^,e Ex60e: 对孔径的形状、阵列目标逆向优化，内置函数 81
h
(q,T$7 W Ex61: 对加速模型评估的优化 82
, p3]`MG Ex62: 具有微小缺陷的线性光栅 82
?HRS* Ex62a: 平面波光栅，小的遮光片的影响 85
er5!n e Ex62b: 平面波光栅，第二个光栅的影响 85
qFK.ULgP` Ex63: 比尔定律与CO2增益的比较 85
up+0-!AH Ex64: 采用单孔径的透镜阵列 85
J;NIa[a Ex65: 非相干
成像与光学传递函数（OTF） 85
=.7tS' Ex66: 屋脊反射镜与角立方体 86
5+11J[~{ Ex67: 透镜和激光二极管阵列 87
yuy \T(7BN Ex67a: 六边形透镜阵列 88
Pjk2tf0j` Ex67b: 矩形透镜阵列 88
V'e%%&g~N Ex67c: 透镜阵列用于光学积分器 88
sQ340! Ex67d: 矩形柱透镜 88
A
yr , Ex67e: 焦距为25cm的微透镜阵列 88
$m)gfI]9 Ex67f: 两个透镜阵列创建1:1的离焦成像器 88
"b~C/-W I Ex67g: 透镜组对光纤阵列进行准直 88
f] #\&" Ex67h: N×N的激光二极管阵列，高斯型包络面 88
S't9F Ex68: 带有布儒斯特窗的谐振腔 88
/='0W3+o*L Ex68a: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为1μ 89
pHoHngyi& Ex68b: 通过JSURF命令设置偏振的谐振腔，工作波长为100μ 89
S9Oz5 _x Ex69: 速率方程与瞬态响应 89
v@|<. Ex69a: 速率方程增益与模式竞争 89
F \ls]luN Ex69b: 红宝石激光的速率方程增益 92
}3A~ek#*~ Ex69c: 速率方程与单步骤 92
YT FU# F Ex69d:
半导体增益 92
)2RRa^=& Ex69e: 三能级系统的增益，单一上能级态 93
W03mdRW Ex69f: 速率方程的数值举例 93
,|d9lK`" P Ex69g: 单能级和三能级增益的数值举例 93
]}PXN1( Ex69h: 红宝石激光的速率方程 93
X5YOxMq Ex69i: 一般的三能级激光系统的速率方程 93
>zq aV@T Ex69j: 稳态速率方程的解 93
4P[MkMoC Ex69k: 多步骤的单能级和三能级激光的速率方程 93
Dc@ O Mr Ex70: Udata命令的显示 93
sBB [u'h! Ex71: 纹影系统 94
Fy"M 4;7 Ex72: 测试ABCD等价系统 94
}< H> 9iJ: Ex73: 动态存储测试 95
P4q5#r Ex74: 关于动态存储分布更多的检验 95
A[uE#T ^ Ex75: 锥面镜 95
)-_^vB Ex75a: 无焦锥面镜，左出左回 95
#<< el;n Ex75b: 光束回射时无焦锥面镜发生偏移，左出左回 97
#?Kw
y Ex75c: 左右相反方向的无焦锥面镜 97
!Pw*p *z Ex75d: 无焦锥面镜，位置偏移较大 98
CyR` &u Ex75e: 内置聚焦锥面镜的稳定谐振腔
?/OF=C# 。。。。后续还有目录
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B;ek a[xU )][U6 e
