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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: 2021-07-02
    建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 .CwMxuW  
      yZdM4`  
    使用工具箱：基本工具箱 {IqbO>|"O_  
     B5J=q("P  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 #sAEIk/  
     rw8db'  
    自由空间传输距离：10mm 0Oe@0L%^3"  
     mw?,oiT,)  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 :mY(d6#A>  
     \u",bMQF  
    1) 脉冲传输 +4B>gS[ F  
     !mq+Oz~  
    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 YujhpJ<  
    `6Y'H2WJ?  
    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：     YuLW]Q?v  
    2) 复数场 =(.HO:#  
     g%[lUxL  
    传输时间用 来表示 TpZ)v.w~l7  
     J"I{0>@  
    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 u\M2"e  
     Bam7^g'*!3  
    脉冲的载波频率为 ;Fp"]z!Qh+  
     5I t+ S+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： (MwB% g  
                 v=9:N/sW  
    3) 时间傅里叶变换 LGRX@nF#  
     ~H)bvN^  
    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： AqE . TK  
    Z`q?pE>R  
    类似的定义同样适用于复数场 F4Z+)'oDr,  
     CbI[K|  
    4) 包络函数 %3'80u6BCJ  
     ?w /tq!  
    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|t[h-  
    其对应的频域谱为： TJ2$ Z  
     vKol@7%N  
    v34XcA  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 9M<qk si  
     #RZW)Br  
    1) 构建脉冲光源 %k5^n0|*  
    3QU<vdtr  
    >g8Tl`P,iN  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 nwHi3ojD:  
     OpUC98p?@  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 F.^1|+96  
     r5tv9#4]  
    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 6\/C]![%  
     iI&J_Y{1a_  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) EcBSi995dj  
     wM_k D  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 4^  $  
     b":cj:mxL  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) LIirOf~e;!  
     7 45Uo'  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) :hCp@{  
     cZ%weQa#N)  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱  ()=  
     UR:cBr  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 7`|$uIM`  
     oG3>lqBwD2  
    3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm ^szCf|SM  
     a 0Hzf  
    |SQ5Sb  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 YRAWylm  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 O-}{%)[ F  
     gGH<%nHW1  
    5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 H '&x4[J:  
    i|)<#Ywl  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 ~X*)gS-=  
    6) 点击 ，进行光程分析 V)f/umT%g  
    4{[Df$'e>  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 L6J=m#Ld  
     nO,<`}pV  
    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) *'1qA0Xc  
     E5/-?(N  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 A"2k,{d  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps m}'kxZTOm  
    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 %q`_vtUT  
    q1.w8$  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 O*`] ]w]  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 H YZ94[Ti  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 J-au{eP^  
     hwSn?bkw  
    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 v\'E o* 4  
    PS：电场振幅在时域中的分布 Z455g/=ye  
    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 C;-9_;&  
     !X e  
    PS:转换为真实的场 hdXdz aNS  
    PS：将包络函数转换为真实场 +DY% Y `0  
    11) 其它场测量工具 *[) b}?  
     5<0&y3  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 _%?}e|epy  
    :-fCyF)EI  
    PS：在输出光场上划定线段 W`*S?QGzl@  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 oe=^CeW"  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 mg;+Th &  
    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 %V%*0S|U  
     [nZ3}o  
    T<=Ci?C v  
    QQ：2987619807
     
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