建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 C
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{U9jA_XX 使用工具箱：基本工具箱 F)G#\r
t/CNxfY 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 {ig@Iy~DT
_%]H}N Q 自由空间传输距离：10mm x$E
l7= .
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7=-k/k VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 moGb BkO
'%,Re-8O 1) 脉冲传输 + Muyp]_
'"EOLr\Z, 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 <~3 a aO }|d:(*
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： @N$r'@ 2) 复数场 Y'P8 `$
! Zr vko 传输时间用 来表示 <}=D ?bXw
Am0$U eSZ 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 fjb2 -K
Vswi /( 脉冲的载波频率为 ocMf} "
DEB gb 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： d dPJx< SCo9[EJ 3) 时间傅里叶变换 [q z6_WOo
;u%h wlo 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： ;Wh B2/5v ?OSd8E+itM 类似的定义同样适用于复数场 hug 12Cu
gOk O8P6P8 4) 包络函数 Vl EkT9^:
bMZ0%(q VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： QqDF_ 其对应的频域谱为： ps]6 ,@uyB
xqr`T0!& 
kBT uM"
5*CwQJC< 1) 构建脉冲光源 v6GWD}HH, ?z6C8T~+ /\9Kr;@vk PS:高斯脉冲光谱窗口 ; ^$RG
0K!9MDT}* 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 t!k 0n& P
&`9lIVB,K 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 Io X(Pa
DFi exOb STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) f9$98SI
s(dox; d STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) #: F)A_Y
q<1@ut STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ZGrV? @o,6
~2qFA2 STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) WlY%f}l n
s)C.e# xl STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 H1w;Wb1se
8'YL!moG| STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 M: x8]TA
i{,>2KVC| 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm h m"B kOA
G6
GXC`^+ 
U3Q'ZT
Fm@GU 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 "ZH1W9A 
_WkK%RYV PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 =#W{&Te;
6) 点击
，进行光程分析 )~J/,\ 7#RW4Z M PS1：左图为相位vs频率图 2 Zl65
OZ -F+#d PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) UVUHLu|^
;zGGT^Dn 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 n"Ev25 % PS1：时间偏移量为33.3656ps bkY7]'.bz&
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 0/%zXp&m 1mB6rp PS:在中心位置处测量光场随波长变化 &r_ :n t
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 .Wr7?'D1M
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 m.2
Y X~H!6l PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 Hv%a\WNS1
PS：电场振幅在时域中的分布 } wiq?dr
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 h[ t OY
7`P(LQAr! PS:转换为真实的场 2Ay2
G-
PS：将包络函数转换为真实场 ; z&p(e
11) 其它场测量工具 O /GD[9$i
F[J;u/Z 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 K%Rx5 S f'}23\> PS：在输出光场上划定线段 Hiw{1E:rW
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 / ]I ]
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 =n;ileGm+^
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 uD+;5S]us
LNr2YRpyz JNZKzyJ9K
QQ：2987619807
