建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 "9s}1C; Me
<hzHrx'o{ 使用工具箱：基本工具箱 H2iIBGu |L
Zzlt^#KLx 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 PU% Zay
*vQ 6LF;y 自由空间传输距离：10mm F OD'&Yb&
^5Y<evjm VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 p$F` 9_bZ
'7 ' 73 1) 脉冲传输 dkC_Sh{
H-t$A, [ 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 YdV.+v(30 2V 8 "jc
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： qo:Zc`t(R 2) 复数场 vEjf|-Mb9
$Ptl&0MN% 传输时间用 来表示 J+CGhk
uv5NqL& 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 ty[%:eG#
6r^Z MW 脉冲的载波频率为 eG+$~\%Fub
Sj)?! 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： ZYB5s~;eB" BgN^].z& 3) 时间傅里叶变换 J_a2DM6d
ZK ?V{X{"; 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： ir h Z };r E N`L 类似的定义同样适用于复数场 `C7pM
m5/]+xdNX 4) 包络函数 "z6p=B"?3
l_((3e[) VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： g[y&GCKY!= 其对应的频域谱为： bfUKh%!M
Mg0ai6KD 
5k=04=Iyh#
"X=^MGV 1) 构建脉冲光源 /g0' +DP e`B!)Sr 'xEomo# PS:高斯脉冲光谱窗口 )% 9:k9
Lcg1X3$G 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 d:Z|It
N f?\O@ 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 xn=mS!"1Zo
F:Vl\YZ STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) )#Ecm<.^
X+;#^A3 STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) %U<lS.i
/2r&ga& STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) W`[7|8(6!
Q(WfWifu-| STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) F)l1%F Cm
D41. $t[ STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 >7?L q<H
V[8!ymi0 STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 1@-l@ P
rIyIZWkI 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm 1JS5 LS
%} 
5OT Za>H
;M+~ e~ 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移
*yg`V,C 
uYE"O UNWL PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 kT^`j^Jr
6) 点击
，进行光程分析 Kk %
I N9 98|1K>C PS1：左图为相位vs频率图 8 0U(q/H%9
Rs'mk6+ PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) ;F2"g TQS
Ch=jt*0 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 T[ zEAj PS1：时间偏移量为33.3656ps vA?3kfL|#
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 uE#"wm'J kCZ'p PS:在中心位置处测量光场随波长变化 gE23C*!'&:
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 <P5 7s+JK
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 L$]Y$yv
P?=}}DI PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 o3'Za'N.
PS：电场振幅在时域中的分布
4f213h
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 H/0b3I^
B I >r' PS:转换为真实的场 p13y`sU=
PS：将包络函数转换为真实场 [Z[ p@Ux
11) 其它场测量工具 BE!WCDg,
}F_=.w0 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 ?,r}@89pY @ +>>TGC PS：在输出光场上划定线段 W
6R/{H
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化
6(B[(Af
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 >)F)@KAuN4
12) 对其进行逆向时间傅里叶变换，得到该线段上每一点的包络函数 xn<x/e
Jb!s#g ZjgfkZAS
QQ：2987619807
