建模目的:使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 q[&Kr+)j
V`Cyx^P 使用工具箱:基本工具箱 Q^(CqQo!<
!g@Ky$ 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 o,6t:?Z
U#jz5<r 自由空间传输距离:10mm uJw?5kEbv<
vK',!1]y VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 5\+*ml
FK _ ZE> 1) 脉冲传输 ,Z
q:na
4t,
2H" M 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 a:BW*Hy{\ |P
>"a`
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: A)f-r 2) 复数场 VOEV[?>ss
u]yy%@U1 传输时间用 来表示 G:AA>t
uo#1^`P 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 >q"dLZ
AV5={KK 脉冲的载波频率为 p='j/=
-DI
>O/ 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: Xw?DN*`L &dyQ6i$], 3) 时间傅里叶变换 Tagf7tw4
BEDkyz;: 任意点
处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: TnF~'RZYb L&p R# 类似的定义同样适用于复数场 W/Dd7G#IC
{9@D zP 4) 包络函数 J"`VA_[
Rb6BY-/J VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: y]db]pP5 其对应的频域谱为: OoB|Eh|),
F%w!I 9
RkYdK$|K 脉冲在自由空间的传播的模拟 6/UOzV,[
IMf|/a9- 1) 构建脉冲光源 +_5*4>MC [l}H:%O, uNyU]@R<W PS:高斯脉冲光谱窗口 ;_<~9;
c4H6I~2Na 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 \5ls
<=S.
z|#*c5Y9w 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 \Zj%eW!m
E'08'8y STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) %e
iV^>
V]H(;+^P STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) irt9%w4"
H$`U]
=s| STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) z !K2UTX
cY?|RXNmZ STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) M':-f3aT%
~+Wx\:TT STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 4 &bmt
wm5&5F4: STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 WVP?Ie8
LU6R"c11 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 Kb; *"@LX
JwG(WLb:
lC5zqyG 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 Z(MZbzY7Hq PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 hek+zloB+
Y@FYo>0O 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 T`#nn|
N:`_Vl PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 u?,>yf.;s
6) 点击
,进行光程分析 <cTX;&0= wd`p> PS1:左图为相位vs频率图 @)pC3Vi^
+hRy{Ps/ 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) ;[y( 14g
rJiF2 W 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 T+Yv5l PS1:时间偏移量为33.3656ps b|i4me@
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 e$9a9twl a*p|Ij PS:在中心位置处测量光场随波长变化 }a" =K%b<\
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 qiz(k:\o
9) 点击
键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 8m0*89HEu
?`RlYu PS:输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 }?2X
q
PS:电场振幅在时域中的分布 "51/,D
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数,将包络函数乘以 ,即转换为真实场 A@?0(
Uh/=HNR PS:转换为真实的场 @`[e1KQ
PS:将包络函数转换为真实场 +$C9@CZM9
11) 其它场测量工具 Cu@q*:'
dA<%4_WZty 线测量工具
,即显示某线段上光场的分布及特性 |k}<Zz1UM :!Ci#[g PS:在输出光场上划定线段 =%` s-[5b
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 An_(L*Qz
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 P00G*iY~\
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 jf)cDj2
L2@:?WW[ #Us<#"fC
QQ:2987619807