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'Y a 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 *dmBJi}
!{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%S zx 脉冲的载波频率为 AW{"9f4
G5Mo IC 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: >: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 #ETy#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![UO I"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 06mky 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 Z mc"
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= (M 2hK[ 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 <Uy $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 DkEf;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