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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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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 aU&p7y4C@  
    Y#aL]LxZE  
    使用工具箱:基本工具箱 SZVNu*G!H  
    <%d/"XNg[D  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 b)+nNqY|  
    e:W]B)0/e  
    自由空间传输距离:10mm )Z4ilpU,  
    HW|5'opF  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 Vr/UY79  
    $7J9Yzp?L  
    1) 脉冲传输 dJvT2s.t[  
    ?w^MnK0U)  
    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 q<Tx'Ya  
    B{}<DP.  
    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:
    aCxF{>n  
    2) 复数场 EKQ\MC1  
    Ez()W,6]g  
    传输时间用 来表示 *dmB Ji}  
    !{u`}:\  
    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 IKaa=r~  
    sd5%Szx  
    脉冲的载波频率为 AW{"9f4  
    G5MoIC  
    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: >:C0ZQUW  
                 P8& BtA  
    3) 时间傅里叶变换 B3AWJ1o  
    CjRU3 (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: =6.4  
    ?/@ U#Qy  
    类似的定义同样适用于复数场 MUQj7.rNa  
    {[I]pm~n  
    4) 包络函数 Py@/\V  
    `jHbA#sO  
    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: 19h@fA[:  
    其对应的频域谱为: `[)!4Jb  
    5%r:hO @S  
    PTS dW~3  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 -v@LJCK7I  
    s(.H"_ a  
    1) 构建脉冲光源 {s7 3(B"  
    <%Al(Lm0  
    !"d"3coQ?  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 i!<1&{  
    te[#FF3{  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 #ET y#jKL  
    =&K8~   
    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 ,=IGqw  
    @S<6#zR  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) {D$5M/$  
    @sdHB ./  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) e,K.bgi  
    mu*RXLai  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) WGwIc7  
    \{EYkk0]  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) UdOO+Z_K%  
    [4 v1 N  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 ?hmuAgOtbh  
    <B&vfKO^h  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 ,f@\Fs~n  
    p![UOI"W  
    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 c5em*qCw$  
    dW5@Z-9  
    j 06 mky  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 Y*QoD9<T?;  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 R>D[I.  
    9;7|MPbR  
    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 Zmc"  
    Di"Tv<RlQ  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 |)65y  
    6) 点击 ,进行光程分析 IZ_?1%q>}  
    a=4 `C*)  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 wnU-5r&!]  
    8-"D.b4  
    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) 5wa'SexqE  
    ' ~ 1/*F%8  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 [G",Yky  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps 6_L<&RmLg  
    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 ;(-Wc9=  
    (M2hK[  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 LzQOzl@z  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 K (,MtY*  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 8ZF!}kb0F  
    r"9hpZH  
    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 ][dst@?8Oz  
    PS:电场振幅在时域中的分布 <U y $b4h  
    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 `t"7[Zk  
    j#jwK(:]  
    PS:转换为真实的场 f hjlt#  
    PS:将包络函数转换为真实场 N9#5 P!  
    11) 其它场测量工具 Dk Ef;P  
    N*f ]NCSi  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 ^;sE)L6  
    skYHPwJdW  
    PS:在输出光场上划定线段 jmG)p|6  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 BJt]k7ku+  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 ZPG~@lU  
    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 -(},%!-_  
    t*J?#r  
    *P/DDRq(2  
    QQ:2987619807
     
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