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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 [9a0J):w{  
     @y->4`N  
    使用工具箱：基本工具箱 ! 2"zz/N{  
     @g[p>t> *  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 j*Q/vY!T  
     5?k_Q"~  
    自由空间传输距离：10mm ('W#r"  
     |A 7Yv  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 iBxCk^  
     A) p}AEBc  
    1) 脉冲传输 QY-P!JD  
     Y:G6Nd VFM  
    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 TxwZA  
    W$N_GR'4  
    VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下：     2j H`  
    2) 复数场 XYWGX;.=  
     O?D*<rwD  
    传输时间用 来表示  }Q`Kg8L  
     LcE!e%3  
    脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 ;%]Q%7  
     6=90 wu3  
    脉冲的载波频率为 <|Bh;;  
     CCp{ZH s  
    在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： "f~S3?^!2  
                 )#T(2A  
    3) 时间傅里叶变换 KI-E=<zt  
     R7e`Wn  
    任意点处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： %#02Z%?%  
    rYeFYPS  
    类似的定义同样适用于复数场 v/8K?$"q  
     kE,~NG9P  
    4) 包络函数 jIZQ/xp8_  
     `HgT5}  
    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： joAR;J  
    其对应的频域谱为： Z5[ t/  
     B~lrd#qC  
    Bca\grA  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 f<uLbJ6  
     :bW}*0b-  
    1) 构建脉冲光源 !a ~>;+  
    D^04b< O<x  
    {_ww1'|A  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 8 ]dhNA5  
     *@dRL3c^=  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 3kdTteyy+  
     | 3!a=  
    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 '+Gt+Gq+  
     4NQS'*%D  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) X/];*='Q  
     jWiB_8- 6  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) J Q%e'  
     iwJBhu0@#  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) /+"BU-aQk  
     x7t<F4  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) I(s\ Q[  
     z~A||@4'  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 P@lExF*D1:  
     V~&P<=8;Wl  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 ;q6: *H/  
     K:V_,[gO  
    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 ]"q)X{G(+  
     uz&CUvos  
    -G(z!ed  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 +AtZltM i  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 s IY`H^  
     y!1%Kqx1,n  
    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 9|D!&=8   
    J1 a/U@"  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口  ;B^G<  
    6) 点击 ，进行光程分析 x!{5.#  
    -F/"W  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 6sRn_y  
     z(:0@5  
    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) UVUbxFq:  
     +%7yJmMw  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 a/NmM)  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps &AU%3b  
    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 XGFU *g`kq  
    3:PBVt=  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 S?D|"#-,  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 @8HTC|_vX  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 !Q*.Dw()[  
     kmi[u8iXD_  
    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 ]chcRc[!  
    PS：电场振幅在时域中的分布  PQa {5"  
    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 '8 1M%KO  
     fYuJf,I[f  
    PS:转换为真实的场 PM=Q\0  
    PS：将包络函数转换为真实场 ^Gq4Yr  
    11) 其它场测量工具 hW~,Uqy  
     M+gQN}BAr  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 !<h*\%;  
    !Z YMks4  
    PS：在输出光场上划定线段 zQ(li9  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 Tt `|26/  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 2Y(P hw2%  
    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 |[>`3p"&  
     6|V713\  
    u&I?LZ-=,  
    QQ：2987619807
     
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