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 Dt glPo_(
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%AZH
{pz7ADK< 脉冲的载波频率为 +~\ 1g^h
fX{Xw0
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: 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
$8WeWmY 4) 包络函数 M@<r8M]G
Wo7`gf_ ( VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: \W+Hzf]
W# 其对应的频域谱为: t-?#x
!P@4d G
P 9?I]a)G 脉冲在自由空间的传播的模拟 ra}t#Xt`
SdNxSD$Q 1) 构建脉冲光源 tKYg 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 <|1Kh ygv
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