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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 _NMm/]mN /  
    8DegN,?  
    使用工具箱:基本工具箱 !"\80LP  
    CE/Xfh'44  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 UazP6^{L  
    DP3PYJ%+B  
    自由空间传输距离:10mm hJZV}a|  
    y~F,0"N\r  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 ;*:Pw?'  
    qYlhlHD  
    1) 脉冲传输 Pmh8sw  
    fpFhn  
    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 {&\jW!&n  
    vvKEv/pN7  
    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:
    @JyK|.b#0  
    2) 复数场 nv@8tdrc  
    ~])t 6i  
    传输时间用 来表示 v 8$>rwB  
    5 u*-L_  
    脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 g K[YQXfTy  
    i*#-I3  
    脉冲的载波频率为 Z@]e{zO  
    [%77bv85.G  
    光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: A^)?Wt%*  
                 (X?%^^e!  
    3) 时间傅里叶变换 C/TF-g-_Y  
    2T V X)q<\  
    任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: 1 D<_N  
    cp#JBH O  
    类似的定义同样适用于复数场 1T-8K r  
    :'~ Y  
    4) 包络函数 ( 5tvfz%  
    .ys6"V|31  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: !f&Kf,#b`  
    其对应的频域谱为: @U3Vc|  
    vK _?<>  
    >(?9?  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 l}] t~!X=  
    }>VG~u8  
    1) 构建脉冲光源 [^U#Qj)hL  
    eC[$B99\  
    ni<A3OB  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 H\qC["  
    V>A .iim  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ,!7 H]4Qx  
    2\7`/,U6  
    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 d*~ ICir7  
    ]cGA~d  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) MD|5 ol9  
    X_$Cb<e  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) @> E2?CV  
    1Dv R[Lx%  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) 2Fq<*pxAY  
    Gcig*5   
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) {a4z2"\A  
    ,0hA'cp  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 0IfKJ*]M  
    \9/ b!A  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 %=/)  
    K)\M5id]  
    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 IGtl\b=  
    \>7^f 3m  
    l&?}hq^'Dn  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 jz5qQt]^  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 GQ9\'z#+  
    k[HAkB \{  
    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 qeL5D*  
    *X, /7C   
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 K00 87}H  
    6) 点击 ,进行光程分析 !-,t'GF(  
    R +WP0&d'  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 _ B 5gR  
    *{y K 8  
    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) Dg} Ka7H  
    p~9vP)74u  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 C\di7z:  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps w Axrc+  
    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 R0L&*Bjm  
    <oo  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 pGK;1gVj  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 ~R &;v3  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 qHP78&wUx  
    'ul~7h;n  
    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 -$WYj "  
    PS:电场振幅在时域中的分布 k5C@>J  
    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 '*k'i;2/1  
    ngat0'oa  
    PS:转换为真实的场 ])Qs{hs~s  
    PS:将包络函数转换为真实场 rORZerM  
    11) 其它场测量工具 _<NMyRJo  
    o4zM)\;F  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 tX"Th'Qi  
    a(v>Q*zNP  
    PS:在输出光场上划定线段 JGH60|  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 ")!,ZD  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 +{L<? "  
    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 ~I799Xi  
    e&qh9mlE  
    aBw2f[mo  
    QQ:2987619807
     
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