建模目的:使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 o7B[R) 4
|IunpZV 使用工具箱:基本工具箱 t+,4Ya|Xj
5TBp'7 /s~ 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 "MIq.@8ra
K:'q>D@ 自由空间传输距离:10mm i"|$(2
0-LpqX VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 {]z4k[;.h
%/>xO3"T 1) 脉冲传输 {bO|409>W
[2ax>Yk$ 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 BmHwu{n' MNH1D!}
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: jBaB@LO9G 2) 复数场 LqdY Qd51
.(J?a" 传输时间用 来表示 8/z3=O&
}F+zs*S 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 ~&\ f|%
T#pk]c6Q 脉冲的载波频率为 AxxJk"v'y
&V>fYgui 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: \A`hj~ ExHKw~y9
3) 时间傅里叶变换 7Cjd.0T=(
DmXcPJ[9 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: SWp1|.=Sm ++L?+^h 类似的定义同样适用于复数场 0A{/B/r
z} '! eCl 4) 包络函数 syip; ;
Ll MpS<2NO 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: +n}$pM|NKU 其对应的频域谱为: U/lM\3v/e
fC}R4f7C
[i0Hm)Bd3 脉冲在自由空间的传播的模拟 u *
1 nvTce 1) 构建脉冲光源 `nUO l [![%9'+P ,ZblIOWb PS:高斯脉冲光谱窗口 CE15pNss
Sx
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 \D>$aLO*?
50dGBF 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 "U.^lkN
&D%(~|' STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) 7u\*_mrv
~)? STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) H A}f,),G
~.%K/=wK @ STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) =66Nw(E.
Vtppuu$ STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) gn5)SP 8
4/X/>Y1 STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 jkiTj~WE-
W)(^m},*8D STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 )XQ`M?**M
\,!QJp4 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 mVtXcP4b
M8k"je7`s
Y-ux7F{=z 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 N8KQz_]9I PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 QZ
`tNq :/
74<!&t 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 Khh0*S8.K
nS()u}c;r PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 @v\*AYr'M
6) 点击
,进行光程分析 I *c;H I 61U<5:#l PS1:左图为相位vs频率图 rzp +:
z9W`FBg 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) HaA1z}?n
Y+/JsOD 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 `ovtHl3Q PS1:时间偏移量为33.3656ps \b[9ebME
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 yV)m"j ,wwZI`>- PS:在中心位置处测量光场随波长变化 5=(c%
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 k
{-
9) 点击
键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 {F&-7u0
xr0haN\p" 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 8\<jyJ
PS:电场振幅在时域中的分布 GFSt<k)
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 9iN.3/T8
wwKh CmH PS:转换为真实的场 S{',QO*D6
PS:将包络函数转换为真实场 -{h
11) 其它场测量工具 Bs`$ i ;&
g%[n4 线测量工具
,即显示某线段上光场的分布及特性 ,n2i@?NHZ 0;,IKXK6X PS:在输出光场上划定线段 dQy>Nmfy
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 Hy{
Q#fq
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 v;{{ y-
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 qdCWy
df+t:a &PcyKpyd
QQ:2987619807