建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 VR_ bX|
KwuNHK)- 使用工具箱：基本工具箱 1~P ^ g`
GPnSdGLC 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 zos#B30
~WG#Zci- 自由空间传输距离：10mm dq
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IT0*~WMZ VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 1(z+*`"WB&
&O.S ;b*+ 1) 脉冲传输 VR9C< tMSi
UZ+FV;< 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 gRdg3 qvU
: V#W
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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： ~8G<Nw4*\ 2) 复数场 $?u ^hMU=
r- a/vx# 传输时间用 来表示 jVpk) ;vC
@rVBL<!o, 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 #wZ:E,R
]gQ 4qu5 脉冲的载波频率为 ]n :)W.|`R
DOm5 azO!> 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： V OViOD
$dLPvN 3) 时间傅里叶变换 L_YVe(dT
6 4da~SEn 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： O2 Mo ~} {<- BU[H 类似的定义同样适用于复数场 *tda_B
2
8PV`4=,OI 4) 包络函数 +cVnF&@$
AhARBgf< 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： Dyj5a($9"{ 其对应的频域谱为： Whq@>pX8
$ Q|t^ ( 
dviL5Eaj
?b~V uo 1) 构建脉冲光源 ~sQN\]5VW /0mbG !Ac NVMhbpX6 PS:高斯脉冲光谱窗口 h*Y);mc$#
5" 5D( 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ?*z#G'3z1
8eSIY17 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 iG*/m><-
5B? >.4R STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) :hG?} [-2
8 _K22]c5 STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) _e=R[
1Q6W pS STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) MX?K3=j @>
V>j6Juh STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) 78\:{i->ta
{@9y%lmrh STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 H\2+cAFN#
_Va!Ky
=] STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 lu(<(t,Lbs
0EYK3<k9! 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm [BHf>
fi%u] 
Wr 7 ^
PY.c$)a z> 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 n~l )7_G 
. oUaq|O PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 #{GUu ',?&
6) 点击
，进行光程分析 Z^>[{|lIA A:1O:LB=! PS1：左图为相位vs频率图 Pn5@7~
a4X J0Tm 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) dfe 9)m>
>UpTMEQ 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 F9ry?g=h PS1：时间偏移量为33.3656ps U q&n e 1
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 uRKCvsi sX bv>;%TF PS:在中心位置处测量光场随波长变化 UHz*Tfjb
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 E W1 L!3K
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 3Kf ZI&g
r+0"1\ f3 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 -Xkdu?6Eh
PS：电场振幅在时域中的分布 *~fZ9EkD
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 [zK|OMxoV
V# |#%
8 PS:转换为真实的场 r^ &{0c&o
PS：将包络函数转换为真实场 kq SCKY1
11) 其它场测量工具 L._I"g5 H9
7[QU
*1bk 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 er^z :1' B} gi / PS：在输出光场上划定线段 \i "I1xU
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 =R!=uml(
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 "tUXY Y
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 ;'dw`)~jQ
}
O9q$-8! h/`OG>./
QQ：2987619807
