建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ?H!X
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URTJA<r8D 使用工具箱：基本工具箱 = gB{(
5bWy=Xk
B 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 Rn whkb&&
Y7yzM1?t 自由空间传输距离：10mm m )<N:|
C2%Yr y VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 A<g5:\3
JnH5v(/ 1) 脉冲传输 IZ_ B $mo
h"N#/zQ 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 dn X^ ? (b1 rd
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： F g^zz*e 2) 复数场 RKz _GEH)
3dI(gm 6 传输时间用 来表示 OoAZ t
l _=kW!l 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 SYK? 5_804
RQ51xTOL4] 脉冲的载波频率为 rg+3pX \{
YpbJoHiSH 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： Hkj|
e6 ;W#/;C
_h 3) 时间傅里叶变换 Vg"Ze[dA
T b]' b 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： S4X['0r X! 4> [tjz.?k 类似的定义同样适用于复数场 ,%]s:vk[u
#9hSo 4) 包络函数 $S! WW|9j.
`_+m3vHG 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： q T_E=)1 其对应的频域谱为： qfEB VS(
PYYO-Twg 
$L$GI~w/
z0&I>PG^ 1) 构建脉冲光源 D D
Crvl T]J#>LBd &@xeWB PS:高斯脉冲光谱窗口 Z$ a4@W9o
H~" XlP 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 m4@w M?
ku=XPmZ.\ 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 `<l|X Pv
z'}?mE3i STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) -`ykVH gg
^l/$ 13= STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) u d.Bzg:/
o Wc
+i U( STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) #3u471bp
pNzGpCk STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) U_,K_6vj
MtO p][i STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 '}wYSG-
? |9$o/Q} STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 @'!61'}f
{ e % 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm }UWRH.;v
& 9'JHF!l 
5{|\h}
-0doL ^A 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 SB[,}h<u1 
WH$
Ls(' PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 7u^6`P
6) 点击
，进行光程分析 w8g36v*+(u $bKa"T* PS1：左图为相位vs频率图 5OUe |mS
2={ g 'k( PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) Kn9 ,N@bU_
a[8_ O- 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 8)k.lPoo. PS1：时间偏移量为33.3656ps 4[& 6yHJ^
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 @*O(dw %tzz3Y PS:在中心位置处测量光场随波长变化 c$'UfW
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 L3~E*\cV
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 #Y*AG xk
.9g\WH#qD| 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 qO9_ e
PS：电场振幅在时域中的分布
g `B?bBg
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 | T"{q
&4DV]9+g PS:转换为真实的场 ,O(XNA(C
PS：将包络函数转换为真实场 <s#}`R.#2
11) 其它场测量工具 WiviH#hF
wL 5).`oq 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 sEvJ!$Tt?I CsR~qQ
5 PS：在输出光场上划定线段 *qBMt[a
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 )-a_,3x%j
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 W^+b gg<.
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 %9NGVC
D#m +w {YbqB6zaM
QQ：2987619807
