建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 [((P ,v*
c ?mCt0Cg 使用工具箱：基本工具箱 TY" =8}X1
gIS<"smOo 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 7O {c>@\
n!mtMPH$ 自由空间传输距离：10mm >Pv#)qtm
y\Z7]LHCqw VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 ^{8 r(1,
T78`~-D4< 1) 脉冲传输 jGM~(;iw6i
e:IUO1# 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 vMJv.O>HW )*N]Q
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： _X{i hf 2) 复数场 //VgPl
,u|vpN 传输时间用 来表示 "Ko ^m(`
|yiM7U,i 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 EBS04]5ul
0_Tr>hz 脉冲的载波频率为 vX})6O
[QA@XBy6 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： xZt] s3? m4(:H(Za 3) 时间傅里叶变换 Z^9;sb,x
']1j M n 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： *M;!{)m? W[A;VOj0$ 类似的定义同样适用于复数场 uJ,>Y#
?
>6 [{\uPK 4) 包络函数 l)`bm/k]V
ZRO 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： W0eb9g`s 其对应的频域谱为： *+h2,Z('a
Cul^b_UmP# 
Sf[ZGY)
;1}~(I#Y 1) 构建脉冲光源 uiDK&@ R S zghUwW |K b Mi,z3z PS:高斯脉冲光谱窗口 xN 0n0
a6"Pe07t 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 k'Fc:T8:~5
hZ-No 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 jx a?
|lAu6d
! STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) D1t@Y.vl
E[HX bj" STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 0XFJ/
t8 g^ W K STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) \D>vdn"Lx
Y~( #_K STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) .T?9-`I9
m5 r65=E STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 MrEyN8X
W 4Nbl STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 mR:G,XytxM
l'HrU 1_7Y 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 w+ gA3Dg
54s+4R FL 
2 /O/h
k !Nl#.j 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 Fp..Sjh
6 
@V:4tG.<sw PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 udM<jY]5p
6) 点击
，进行光程分析 OoTMvZP[ Z?|\0GR+`5 PS1：左图为相位vs频率图 =FQ]eb*
`=^;q 6f 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) SD paW6(_
)| @'}k+ 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 5xL%HX[S PS1：时间偏移量为33.3656ps ) D: M_T2
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 O0Y/y2d w?]k $ PS:在中心位置处测量光场随波长变化 _svY.p s*
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 n Bv|5$w:
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 JPW+(n|g
Y,z15i3j? 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 /H& :
PS：电场振幅在时域中的分布 J(F]?H
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 9MA/nybI
cN_e0;*Ua PS:转换为真实的场 k]W ~_
PS：将包络函数转换为真实场 .w2X24Mmb
11) 其它场测量工具 f l>*>)6pm
rld4uy}m 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 pH5"g"e1 FC+K2Yf1=0 PS：在输出光场上划定线段 ' p,QI>
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 =o]V!MW
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 {` Bgxejf
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 Z'p7I}-qr
hyv*+FV; JVE]Qb_
QQ：2987619807
