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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-09-23
    建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 549jWG  
     m! W3Cwz\&  
    使用工具箱：基本工具箱 f{"8g"[[)(  
     cZ(elZ0~  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 A8q;q2  
     8ZCoc5  
    自由空间传输距离：10mm N?5x9duK  
     Qc[3Fq,f  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 WHAQu]{  
     01T`Flz  
    1) 脉冲传输 @x eAc0.^  
     TLd`1Ac  
    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 :>aQ~1f>]  
    6Z`R#d #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：     Ja SI^go  
    2) 复数场 %0 #XPc("  
     h'$QC )P  
    传输时间用 来表示 >(y<0   
     l^d[EL+  
    脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 RZe'Kw -  
     CiR%Ujf  
    脉冲的载波频率为 /B5-Fx7j3  
     oQv3GpO  
    在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： %L [&,a  
                 ~+<olss_  
    3) 时间傅里叶变换 G&;j6<hl  
     lNv".Y=l  
    任意点处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： =?h~.lo  
    __[xD\ES  
    类似的定义同样适用于复数场 R.LL#u};  
     p'sc0@}_O  
    4) 包络函数 4d_s%n?C  
     3x~{QG5Gn  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： }tPk@$  
    其对应的频域谱为： <!pQ  
     LkLN7|  
    {k5X*W  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 \([WH!7  
     E42eOGp9i  
    1) 构建脉冲光源 Qp2I[Ioz3  
    _MWM;f`b  
    r}u%#G+K,  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 `o79g"kxe  
     (-NHx o  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 '!Gs>T+  
     Px5t,5xT8  
    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 M}0eu(_|  
     XYx 6V  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) )4xu^=N&as  
     <DH*~tLp2  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) aFY_:.o2k`  
     U,1AfzlF  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) NHw x:-RH  
     Lt#'W  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) oK+ WF  
      .Qt4&B  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 TO;.eN!sv  
     Fk^3a'/4KJ  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 [O-sVYB  
     K#K\-TR|$  
    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 y?30_#[dN  
     }tST)=M`  
    1'6cGpZY  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 Snf"z8sw  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 Z\>, ),O  
     Mo|wME#M  
    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 )_jSG5k  
    RE46k`44  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 oB c@]T5>  
    6) 点击 ，进行光程分析 Zu<]bv  
    ySdN;d:q  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 CfT/R/L  
     n l/UdgI  
    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) ~krS#\  
     NVIWWX9?  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 ?Z %:  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps >kYp%r6  
    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 _Sj}~ H  
    SHdL /1~t  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 AO 0!liQ  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 5vZ#b\;#V  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 ~I_owCVZ  
     cwtD@KC[B  
    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 @Jv# fr  
    PS：电场振幅在时域中的分布 8:g!w:$x  
    10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 Px4/O~bLk  
     *v #/Y9}  
    PS:转换为真实的场 4~u9B/v  
    PS：将包络函数转换为真实场 m/${8  
    11) 其它场测量工具 Z[IM<S9lz  
     !*a[jhx  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 }C~]=Z  
    ;) pl{_  
    PS：在输出光场上划定线段 ( tn< VK.  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 -0|K,k  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 9m!7|(QV  
    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 __)qw#  
     9O >z4o  
    <aVfJd/fT  
    QQ：2987619807
     
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