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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-07-02
    建模目的:使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 t*(buAx  
    M=#'+CF}W  
    使用工具箱:基本工具箱 DtglPo_(  
    GB8>R  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 |$G|M=*LN  
    4"d'iY  
    自由空间传输距离:10mm "fOxS\er  
    [Nv)37|W  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 <Oihwr@5<  
    A?4s+A@Eg  
    1) 脉冲传输 Ee097A?1vj  
    k4+Q$3"  
    作为任意的电磁场,脉冲由电场矢量E(r, t)和磁场矢量H(r, t),共六个矢量分量来表示,这六个分量均为实值函数,后面我们用函数U(r, t)表示其中任意一个分量 ?AYb@&%  
    y1_z(L;I  
    VirtualLab可以模拟脉冲传输,在一个输入平面 定义脉冲,此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示,数学表达式如下:
    2f0qfF  
    2) 复数场 u}eLf'^ZCe  
    YlJ_$Q[  
    传输时间用 来表示 6S&OE k  
    "/0Vvy_|  
    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 iCNJ%AZ H  
    {pz7ADK<  
    脉冲的载波频率为 +~\1g^h  
    fX{Xw0  
    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: vu|-}v?:  
                 0T.kwZ8  
    3) 时间傅里叶变换 W,bu=2K6  
    TxvvCV^  
    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: o@uZU4MM  
    qc"PTv0q  
    类似的定义同样适用于复数场 tf4clzSTa  
    $8WeWmY  
    4) 包络函数 M@<r8M]G  
    Wo7`gf_(  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: \W+Hzf] W#  
    其对应的频域谱为: t-?#x   
    !P@4dG  
    P 9?I]a)G  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 ra}t#Xt`  
    SdNxSD$Q  
    1) 构建脉冲光源 tKY g  
    a3c43!J?M  
    -7(,*1Tk  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 V@pUU~6R  
    7g-{ <d  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 <|1Khygv  
    NuR3]Ja\0  
    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 Z=9gok\  
    EqF>=5*  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) 7=a=@D[  
    K:b^@>XH  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) =?[:Nj636  
    i0'g$  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ;"JgNad  
    L3Ivm :  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) !dOpLUh l  
    rAh|r}R  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 =F/EzS  
    zvR;Tl6]  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 bwe)_<c  
    J6gn!  
    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 _71&".A  
    :4[_&]H  
    JQ9+kZ  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 8u7QF4 Id  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 eqk.+~^  
    _V(FHjY  
    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 \]0+J  
    Qq3>Xv <  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 L b-xc]  
    6) 点击 ,进行光程分析 EAV6qW\r5]  
    (o4':/es  
      
    PS1:左图为相位vs频率图  TUq ,  
    &"d :+!4h  
    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) H^<?h6T  
    V)]lca  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 A9y@v{txN  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps *Rgl(Ba  
    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 7ea%mg\  
    xtK}XEhG!  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 <.:mp1,8V  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 wU-Cb<^  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 }c=YiH,o  
    zQoJ8i>  
    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 ;i!$rL  
    PS:电场振幅在时域中的分布 R0e!b+MZ.  
    10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数,将包络函数乘以 ,即转换为真实场 FTu<$`!1L  
     `l  
    PS:转换为真实的场 o.wXaS8  
    PS:将包络函数转换为真实场 \_MWZRMc5  
    11) 其它场测量工具 # blh9.V&F  
    ~^>g<YR[  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 #g~]2x  
    VVqpzDoXG  
    PS:在输出光场上划定线段 !eP0b~$/^J  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 LBIEG_/m  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 %' eaW  
    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 ! q+>'Mt  
    Iv/h1j> H  
    7%W@Hr,%F  
    QQ:2987619807
     
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