建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 !T{g& f
S_CtE M 使用工具箱：基本工具箱 .-AB o]hf
$S}x'F!4_ 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 B<RONQj_
*^uj(8U 自由空间传输距离：10mm | <*(`\ 'w
ezvaAhd{ VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 7e<Q {aB
D=>^m =?0 1) 脉冲传输 bH{aI:9Fb
a=F RJQ 8S 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 zOOX>3^ k#(c Z
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： `[\phv 2) 复数场 o %%fO
w0!,1
Ry 传输时间用 来表示 S\ZAcz4
Q2NnpsA^6 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 d/>,U7eS[+
Fzs'@* 脉冲的载波频率为 4g9b[y~U
sJ/e=1* 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： 03 o3[g? !y `e,(E 3) 时间傅里叶变换 '[8b0\
rk |(BA 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示：
,<^HB+{Wo m[ j3s=Gr 类似的定义同样适用于复数场
A*~1 Uz\t
H| U/tU- 4) 包络函数 )X;cS}
yp
J\'5CG VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： l%(`<a]VIB 其对应的频域谱为： Xh"iP %
R
TUNha^<T 
w WU_?Dr_~
;
,<J:%s 1) 构建脉冲光源 b,R 'T+4[ v|(b,J3 E$Pjp oQTf PS:高斯脉冲光谱窗口 vCSB8 R
!<zzP LC 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 \{zAX~k6
f<:U"E . 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 _-J @$d%
Gc!8v }[7J STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) \%Rta$ O?S
~<-
ci STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) dM mka
y!N) @y4 STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) m2CWQ [u
;nKH m STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) G5#}Ed4
.00=U;H%` STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 Df~p 'N-$
1`]IU_) 1B STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 pptM &Y
|zq!CLjD@ 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 ` ]P5,
` u\z!x' 
^L mc%y
Jrd4a~XP 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 ,&&M|,NQ&s 
>2CusT 2 PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 tNuC xb-
6) 点击
，进行光程分析 CQzjCRS
d %y\eBfW,/ PS1：左图为相位vs频率图 Lv5X 'yM
;xO =Yhc+ 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) D5!K<G?-K
M"5!s, 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 ?QS x8d PS1：时间偏移量为33.3656ps 4m~7 ~- h
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 R mW fV ) @bH" PS:在中心位置处测量光场随波长变化 rW~?0
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 6{ +_T
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 B >u,)
'"w}gx 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 L;S*.Ol>
PS：电场振幅在时域中的分布 ;eW'}&|LV
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 KT];SF ^Y
mvTyx7 h= PS:转换为真实的场 w,![; wG
PS：将包络函数转换为真实场 }-{ b$6]
11) 其它场测量工具 ";_K x={
7mn,{2 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 BLwfm+ m" PPC Tc|G PS：在输出光场上划定线段 Y$x"4=~
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 y
Tw',N{
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 A3"1D
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 nR o=J5tY
V Z2.w4b chO'Q+pw
QQ：2987619807
