建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ;[
Dxk$"
*Lz'<=DLoW 使用工具箱：基本工具箱 2C:u)}R7D
Hm>cKPZ) 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 |k}L =oWE
D
ON.)F 自由空间传输距离：10mm g9 ^\Q Yh!
3]kM&lK5\ VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 R3og]=uFzm
Iv 3O8 GU 1) 脉冲传输 gd#R7[ AVi
/77cjesZ9 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 &'k(v(>n, #Swc >jYc
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： {"~[F 2qR 2) 复数场 Heh&;c
E-Xz 传输时间用 来表示 $#n9C79Z@
!4+Die X 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 "Ua-7Q&A
xa'U_]m 脉冲的载波频率为 3,v/zcV
H?;+C/-K`_ 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： L`<#vi k?Hi_ ;o 3) 时间傅里叶变换 _I; hM
V2?{ebx` 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： )?radg 9c}C<s`M 类似的定义同样适用于复数场 Jxe 5y3*
(
vjGJRk|XED 4) 包络函数 ".|8 (Y
r1IvA^X VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： z6M5 '$\y 其对应的频域谱为： m[y~-n
r MJ@oc 
v `/nX->
vgtAJp+p* 1) 构建脉冲光源 vi U} 9+m>|"F0 . mO8 ~Z PS:高斯脉冲光谱窗口 V+1c<LwT
<?KgzIq2 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 @Yb8CB
WLU_t65 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 :,p3&2 I
:
^}!"4{ STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) W ?E01"p
L T`T~|pz STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) mp sX4
9(HGe+R4o STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) 6 @# =z
4IW90"uc STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) |j'@no_rv
H&*&n}vh5y STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 }vB{6E+h/w
xG
ed Y*[` STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 fl4@5AVY
&,p6lbP 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 3C=QWw?
; 6 d-+(@ 
=HM CNl
d/oD]aAEr 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 @f o(#i& 
py~[M'p(H PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 c+Z dfdR
6) 点击
，进行光程分析 TGG =9a]m Wn;% B].I PS1：左图为相位vs频率图 ?^-fivzS>
2X BHo ( 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) 4>Ht _B<<
X ei s_ 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 *}HDq (/>w PS1：时间偏移量为33.3656ps Gz\wmH&rVz
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 fRk'\jz T mrsN@(X0 PS:在中心位置处测量光场随波长变化 0.!vp?
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 .{;RJ:O
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 :& $v.#
s;Z i PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 IwbV+mWQ
PS：电场振幅在时域中的分布 ^N ;TCn
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 5A %TpJ
nyhHXVRH PS:转换为真实的场 `7`` 1TL
PS：将包络函数转换为真实场 l'!_km0{d
11) 其它场测量工具 i[3 3u p
5K|`RzZ`B$ 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 ZZxt90YR'5 =y?Aeqq\fl PS：在输出光场上划定线段 0Iyb}
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 ZLP0SCkuR
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 E 7SmiD@)
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 M>BVnB_,-
.ArOZ{lKD> }ew )QH d
QQ：2987619807
