建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ] < K"`q2
zRgAmX/g 使用工具箱：基本工具箱 [NV/*>"j&
//RD$e?h~ 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 )i_:[ l6
8A}<-?> 自由空间传输距离：10mm 2%*\XP t)
8m ?cvI VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 qj4jM7
TF 80WMt 1) 脉冲传输 xdVsbW)L2
>x6 )AH. 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 h6}rOchj O<ybiPR
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： skU
}BUK6 2) 复数场 d\zUtcJwC
ZUvc|5] 传输时间用 来表示 ,L C(Ax'.F
:F9Oj1lM% 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 +D O<M1uE
0g~C dp 脉冲的载波频率为 oS} f r?
0JKTwLhC 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： Q#*R({)GH 3w"_Onwk 3) 时间傅里叶变换 i|xz
bnPhhsR 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： F)Z9Qlo 6 !N2B[9 类似的定义同样适用于复数场 :D eJ nE
y7R=zkd
C9 4) 包络函数 \c f'Hj}
@ %YbptT} VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： x 0#u2j?zj 其对应的频域谱为： ;]b W
cmAdQ)(Kzd 
]h=5d09z
; ), , Hk 1) 构建脉冲光源 >;R7r|^k J1Az+m Z@%A(nZ_ PS:高斯脉冲光谱窗口 mIPDF1= )
Mz86bb^J 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 TB= _r(:l+
IYHNN 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 UoUQ6I j
tR2%oT>h STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) lL
5 0 PU
=''b `T$ STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 0c8_&
EziGkbpd@ STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) h%NM%;"H/
,yvS c STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) ReL +V
G
\Nnw==v STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 )4.-6F7U?
.:GOKyr(~ STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 n)z:C{
b'z\|jY 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 YU!s;h
E@#<p-@~ 
5uOz #hN
x9S9%JG : 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 #!%zf{(C+ 
_OS, zZ0 PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 SU6Aq?`@
6) 点击
，进行光程分析 6j+X@|2^ W-Vc 6cq PS1：左图为相位vs频率图 ? STO#<a
~jmI`X/ 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) { E7STLQ_%
F%af05L[ 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 B#35)QI PS1：时间偏移量为33.3656ps -YmIRocx
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 5h Dy62PRr [1ClZ~f PS:在中心位置处测量光场随波长变化 #6l(2d
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 JNJ6HyCU
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 0
0|!g"E>$
rk@qcQR 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 [Fv,` */sm
PS：电场振幅在时域中的分布 DyA /!%g
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 6l &!4r@}
P=\Hi.]% PS:转换为真实的场 b!`Ze~V
PS：将包络函数转换为真实场 <h}x7y?
11) 其它场测量工具 zjSl; ru
-5|el3%) 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 Q<ia [TFp2B~)# PS：在输出光场上划定线段 vts"
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 ; Ru[^p.{
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 pG"h ZB3)
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 v&3" (fp
Jn IG;/ Dhfor+Epy
QQ：2987619807
