建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 Uz6{>OCvk|
#Mj$o;SX 使用工具箱：基本工具箱 y+4?U
Q7~'![(a 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 +36H%&!
xFBh? 自由空间传输距离：10mm =vq s d4
});cX$ VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 '}jf#C1$c
y|q@;*rGNa 1) 脉冲传输 /d0Q>v.g
FX
HAZ2/\ 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 9J~:m$. MU_! &(X_
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： L6|Hgrj -u 2) 复数场 T@;! yz}Pf
A Gv!c($ 传输时间用 来表示 6 gj]y ^}
==%`e/~Y 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 AMbKN2h1f
Op`I;Q
#%d 脉冲的载波频率为 Jj2g5={
; cGv] A+ 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： 0JmFQ ^g( ;[(= kOI 3) 时间傅里叶变换 D :=t*2-Iv
99 <4t$KH 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： ppAmN0=G v6wRME;JA 类似的定义同样适用于复数场 fNm E, ~
R[x7QlA; 4) 包络函数 F(#ha J$ >
_Zh2eXWdjM 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： iI3v[S 其对应的频域谱为： Q;4}gUm I$
R<"2%oY 
!Tv?%? 2l
C">`' G2 1) 构建脉冲光源 ^'m\D; U
z"sdi "g FxfWIA PS:高斯脉冲光谱窗口 _b>F#nD,'%
ARP KzF`Wq 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 Fj
S%n$
\I?w)CE@R 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 ^;.T}c%N
DW# Bfo STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) Ve)ClH/DW
~|h lE z STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) T YYp"wx
*D2Nm9s l STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) Wr NLGkt
vkJ)FEar STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) 5?Bc
Y ;
(B@X[~ STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 X:>$ 8 ^gS
aS el*
L STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 :4|M
jn
AI b>pL{ 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 m+?N7
ny)]G vxI 
',GV6kt_k
N#4N?BBP" 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 GD!-
qH 
1pK6=-3 w3 PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 ylu2R0] (
6) 点击
，进行光程分析 a5|@R<iF _pW_G 1U PS1：左图为相位vs频率图 {(4# )K2g%
JBz}|M D 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) 8!&nKy<Y
um7o !yg, 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 $/+so;KD PS1：时间偏移量为33.3656ps ,of]J|
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 b^x07lO ,9d9_c. T PS:在中心位置处测量光场随波长变化 +c--&tBo
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 _- O cc=Z
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 u^=`%)
Ry?4h\UX5 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 3+ =I;nj
PS：电场振幅在时域中的分布 ?R|th Z
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 PnA?+u2m
?1peF47Z PS:转换为真实的场 4J5pXlzV
PS：将包络函数转换为真实场 R(G\wqHUT3
11) 其它场测量工具 Z.'syGuV
:'}@Al9=> 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 <*<U!J-i dF W.}"^c PS：在输出光场上划定线段 $e
}n
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 je%l dY]/@
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 Lg4YED9#
12) 对其进行逆向时间傅里叶变换，得到该线段上每一点的包络函数 =xL )$DTg)
px=]bALU "UG
K8x
QQ：2987619807
