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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-12-28
    建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 Wg X9k J  
     B^Y AKbY  
    使用工具箱：基本工具箱 _"Yi>.{]  
      1t7vP;  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 2;X{ZLo  
     j)?[S  
    自由空间传输距离：10mm b#\i]2b:  
     Hw[(v[v  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 j"g[qF/*  
     &ru2&Sz  
    1) 脉冲传输 > Q[L, I  
     !Ab4'4f  
    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 qQ\&]  
    /S9s%scAy  
    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：     Qb "\j  
    2) 复数场 G-FeDP  
     MP"Pqt  
    传输时间用 来表示 {[B^~Y>Lr  
     +<qmVW^X  
    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 D}4*Il?  
     { |dU|h  
    脉冲的载波频率为 e'%"G{(D  
     DVNx\t  
    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： qu>5 rg-  
                 x@^Kd*fo  
    3) 时间傅里叶变换 fd Vye|%  
     %K@s0uQ  
    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： ZWJ%t'kF  
    Z?@1X`@  
    类似的定义同样适用于复数场 }M_Yn0(3  
     yxv]G6  
    4) 包络函数 &U <t*"  
     O [Q;[@  
    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： WEX6I 16  
    其对应的频域谱为： 'dTJE--@  
     gD$bn=  
    f9`F~6$  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 N%3 G\|~Q  
     ^uG^XY&ItC  
    1) 构建脉冲光源 ZAK NyA2  
    0W}iKT[Z  
    JI&ik_k3  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 {u 7%Z}<0  
     P1 \:hh  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 *^h$%<QI  
     BbCt_z'  
    2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 :Ng4? +@r  
     ry99R|/d1  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) Z:TW{:lrI  
     ZW+[f$X  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 0iy-FV;J  
     FrPpRe%!  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) .tFMa:   
     \W^+aNbv=8  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) [1Os.G2  
     Yh^~4S?  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 6[iuCMOZ  
     0u,OW  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 T[$! ^WT  
     aWtyY[=  
    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 Kzv*`  
     0O_acO 4  
    _b ~XBn  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 ;'\#+GZ9p  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 .bwKG`F  
     k{{iF  
    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 NrC (.*?m  
    p-KMELB  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 Gp<7i5  
    6) 点击 ，进行光程分析 > `uk2QdC  
    {e>E4(  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 tks3xS  
     mAI<zh&SQ  
    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) 3n\eCdV-b<  
     `63?FzT y  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 g{]C@,W  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps kO1.27D  
    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 /M Hml0u  
    f,e7;u z%  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 S6J7^'h  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 +`@)87O  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 c(]NpH in  
     O{B[iy(C  
    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 .:<-E%  
    PS：电场振幅在时域中的分布 I eQF+Xz  
    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 ;k<n}shD  
     9`3%o9V9Y  
    PS:转换为真实的场 n'dxa<F2|  
    PS：将包络函数转换为真实场 AqD)2O{VO  
    11) 其它场测量工具 \P3[_kbf1  
     Wq4>!|  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 Ym)8L.  
    x{$~u2|  
    PS：在输出光场上划定线段 4bT21J37  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 ]A;{D~X^w  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 I 0/enL  
    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 %*>ee[^L ,  
     `ViFY   
    9c /&+j  
    QQ：2987619807
     
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