建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ]N1$ioC#
|V!A!tB 使用工具箱：基本工具箱 $6fHY \i#R
^_5$+ 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 ?3KI}'}EM
P|HY=RM a 自由空间传输距离：10mm (jY.S|%
J _rCo4} VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 W'g CFX
tm+}@CM^. 1) 脉冲传输 PK3T@Qv89
f=/ S]o4/3 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 JEJ] '3 wZfR>|f
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： :Oq! .uO 2) 复数场 |r0j>F
zb9d{e 传输时间用 来表示 G-"#3{~2
> )#*}JI 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 fM
S-
Vx* = 脉冲的载波频率为 3: mF!
\8Blq5n-O* 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： + #&2*nY ;C{ 2*0"H| 3) 时间傅里叶变换 <Y JU?G:@
P7u5Ykc* 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： /jj} .X7yH LgUaX 类似的定义同样适用于复数场 +hX ph
[FyE{NfiJ% 4) 包络函数 #+Vv f
#XJYkaL 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： /-Bp lU*"9 其对应的频域谱为： 1/le%}mK
%gw0^^A 
/t t
yRieGf1'SD 1) 构建脉冲光源 x]a>Q), Iupk+x> I9>1WT<Yy PS:高斯脉冲光谱窗口 Y/@4|9!
R_@yj]%H= 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 [%QJ6
R
)?8A\<E 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 1Ete;r%5=
u :m]-' STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) ! *pK#
e?Cbl' STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) :1.$7W t
\f{C2d/6j STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) nH T2M{R
m! p'nP
STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) Sl 6}5
?J<4IvL/ STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 Xv:<sX
y!aq}YS STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 #~p1\['|M
.}CP Z3y 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 .` ,YUr$.
'iL['4~. 
~D kje
7 v `Y*D 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 p=7kFv 
Y q;S%. PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 k# &y
6) 点击
，进行光程分析 : 5"|iRP' ?<F\S2W PS1：左图为相位vs频率图 N O9Jre
pu `|HaQaE 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) vx- u+/\
&OuyjW4 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 9"<)DS PS1：时间偏移量为33.3656ps -M[5K/[
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 '- ACNgNn 0Y"==g+ >f PS:在中心位置处测量光场随波长变化 U15Hq*8 Z
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 dmE-W S
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 WJ J!No P
$9ON 3> PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 *M KVm)Iv
PS：电场振幅在时域中的分布 x$M[/ ID0
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 e1+
%c9UQ
P7@q v g PS:转换为真实的场 %A64 Y<K
PS：将包络函数转换为真实场 T]E$H, p
11) 其它场测量工具 r*,]=M W
$wX5`d 1 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 zHu:Ec7 nC`=qu M9 PS：在输出光场上划定线段 u2U@Qrs2
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 h!)(R<
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 q .?D{[2
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 "p HQ
D y8Go4 w@ oq.K
QQ：2987619807
