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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 /_\4( vvf  
    p20Nk$.  
    使用工具箱:基本工具箱 Pif1sL6'  
    bkTj Q  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 &7LfNN`  
    LJD"N#c   
    自由空间传输距离:10mm it$~uP |  
    ZUycJ-[  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 4p.O<f;A8  
    [Wc 73-  
    1) 脉冲传输 Nsq%b?#  
    )<d8yLb  
    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 *O~D lf  
    uY,FugWbl  
    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:
    .@'Vz;&mQ  
    2) 复数场 YQ/ *|  
    4)_ [)MZ\j  
    传输时间用 来表示 H@zpw1fH+  
    aH_&=/-Tz  
    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 V.J%4&^X  
    <,{v>vlw  
    脉冲的载波频率为 P1<;:!8'  
    sp%7iNs  
    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: <Vim\  
                 6C:Lq%}  
    3) 时间傅里叶变换 ctGjqHo  
    <IYt*vlm  
    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: 9pXFC9  
    vjpe'zx  
    类似的定义同样适用于复数场 0:*$i(2  
    < qBPN{'a"  
    4) 包络函数 s= :n<`Z2  
    yAOC<d9 E  
    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: 3; A1[E6K  
    其对应的频域谱为: e042`&9=Ic  
    Nn$$yUkMX  
    g!$ "CX%8  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 4{|lzo'&  
    z,)Fvs4U.  
    1) 构建脉冲光源 HwHI$IB  
    f: R h9  
    cMj<k8.{  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 \vI_%su1N  
    A)xI. Q6  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 &+\wYa,  
    *G9;d0  
    2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 ^/c|s!U^  
    .D :v0Zm}m  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) L@/+u+j0  
    /<mc~S7  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) &c]x;#-y  
    <,m}TTq  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) e"v Eh  
    G 5)?!  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) vjHbg#0%  
    k z#DBh!&  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 \1tce`+  
    txi m|)  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 8w{V[@QLn  
    k=LY 6  
    3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm ?B-aj  
    9`xq3EL2T  
    3}"VUS0wh  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 f~]5A%=cZ  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 toF@@ %  
    k2xjcrg  
    5) 引入光程分析器(Optical Path Length Analyzer,以下简称OPLA),以获取脉冲的时间偏移 ar6Z?v$  
    a@%FwfIu  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 ]|-y[iu  
    6) 点击 ,进行光程分析 '8dqJ`Gj  
    }%VHBkuc  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 |_O1V{Q=  
    }>grGr%oR  
    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) 7QQnvoP  
    !XK p_v  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 =14pEe  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps 'HOt?lpu!  
    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 Jap v<lV%  
    QII>XJ9  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 P| G:h&  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 Sna7r~ j  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 uz%rWN`{  
    -q-%)f  
    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 RNm/&F1C$  
    PS:电场振幅在时域中的分布 W{k}ogI;  
    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 xEbcF+@  
     6CCM7  
    PS:转换为真实的场 6n>+cX>E  
    PS:将包络函数转换为真实场 GLEGyT?~  
    11) 其它场测量工具 ~x824xW  
    f9; M"Pd  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 UA{A G;  
    6Z7{|B5}Y  
    PS:在输出光场上划定线段 P}cGWfj  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 zV%U4P)Dao  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 lx%<oC+M  
    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 H=B8'N  
    ;hRo} +\l  
    1 ,Y-_e)  
    QQ:2987619807
     
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