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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 q[&Kr+)j  
    V`Cy x^P  
    使用工具箱:基本工具箱 Q^(CqQo!<  
    !g@K y$  
    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/  
    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$],  
    3) 时间傅里叶变换 Tagf7tw4  
    BEDkyz;:  
    任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: TnF~'RZYb  
    L&pR#  
    类似的定义同样适用于复数场 W/Dd7 G#IC  
    {9@D zP  
    4) 包络函数 J"`VA_[  
     Rb6BY-/J  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: y]db]pP5  
    其对应的频域谱为: OoB|Eh|),  
    F%w! I 9  
    RkYdK$|K  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 6/UOz V,[  
    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  
    rJiF2W  
    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 P0 0G*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
     
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