建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 )e X{a/Be
D7IhNWrgj 使用工具箱：基本工具箱 \R
3O39[
=OrVaZ0 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 oh:.iL}j
?>R(;B|ER 自由空间传输距离：10mm Q*f0YjH!
(j%"iQD VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 DEPsud ;
6m:$RW 1) 脉冲传输 H ~< .2 b
{\h:k\k 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 : t
D`e< vgn,ZcX
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： )|]*"yf:E 2) 复数场 9+Wf*:*EW
eS%8WmCV9< 传输时间用 来表示 HbCcROl(
i\>?b)a> 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 v# fny
PmE 8O 脉冲的载波频率为 }? CKE<#%
QqC-ztz 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： !@h)3f]`1G I
'ha=PeVn 3) 时间傅里叶变换 R x@0EPV
(V}?y:) 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： JGYJ;j{E] e\ZV^h}TQ 类似的定义同样适用于复数场 GG4FS
`Gg,oCQg 4) 包络函数
(s51GRC
Eh *u6K)Z 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： yx<-M 其对应的频域谱为： [t?:CgI)E
MMQ\V (C 
R$2\Xl@qQF
, 9bu I=' 1) 构建脉冲光源 F_iZ|B 0c&DSL}6 5',&8 PS:高斯脉冲光谱窗口 T '5MO\
Xk :_aJ 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 G1SOvdq
^_=b ssaOd 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 !#4b#l(e6
&'m&'w Dt: STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) 3[R[ `l]v?
2FM}" g<8 STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) ZQsVSz( 1
; YrmT9Jx6 STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) cj|Urt
- S%Uw STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) =_$Hn>vO
6"2IV STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 &8JK^zQq
5"L.C32 STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 G[zVGqk
iG{xDj{CKv 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 b}ODc]3
%\1W0%w 
QRdh2YH`
}4q1"iMlO 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 l(Uwci 
3o Pyh $* PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 U ?6.UtNf
6) 点击
，进行光程分析 C|S~>4` XrGP]k6.^ PS1：左图为相位vs频率图 4@9xq<<5
=<r1sqf
PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) +o K*5 Y
pE{Ecrc3| 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 CE|rn8MB PS1：时间偏移量为33.3656ps CS;4 ysNf
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 Eu[/* t+l /Uni6O)oc PS:在中心位置处测量光场随波长变化 ~6#O5plKc
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 |u#7@&N1
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 zCmx 1Djz
G^le91$ 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 HDj260a
PS：电场振幅在时域中的分布 /PE L[Os
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 CTQJ =R"
+?6@%mW' PS:转换为真实的场 Cq }E5M
PS：将包络函数转换为真实场 %0%T p
11) 其它场测量工具 {vp*m :K
rw[Ioyr- 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 9D7i>e%,;- C ~04#z_$ PS：在输出光场上划定线段 `r&]Ydu:
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 G|z%T`!U1;
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 Yb%#\.M/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 c'wU$xt.w
*eMMfxFl ^`bMFsP
QQ：2987619807
