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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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    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 .>DqdtP[  
     Rd|};-  
    使用工具箱：基本工具箱 -1d2Qed  
      x9XQ  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 W4Rs9NA}  
     ' Z:FGSwT  
    自由空间传输距离：10mm 9i GUE  
     A+w51Q  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 Q!(16  
     )pLde_ k  
    1) 脉冲传输 Ql&5fyW  
     GqBZWmAB  
    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 VeeQmR?u-  
    O`5PX(J1&  
    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：     uoR_/vol8  
    2) 复数场 bDVz+*bU}  
     ++D-,>.  
    传输时间用 来表示 PCDsj_e  
     LPX@oha  
    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 zC #[  
     GhpVi<FL  
    脉冲的载波频率为 fBBNP)  
     3<sYxA\?w  
    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：  +LeZjA[  
                 [t/7hx"2t  
    3) 时间傅里叶变换 ts/ rV#s~  
     'bVDmm).  
    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：  "_t2R &A  
    u^T)4~(  
    类似的定义同样适用于复数场 @T[}] e  
     BC0SSR@e  
    4) 包络函数 &Iv3_T<AF  
     tQE=c 7/M  
    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： =EwC6+8*M  
    其对应的频域谱为： p'z fo!  
     Lpd q^X  
    hvCX,^LoJ  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 - `F#MN  
     |pxM8g1w  
    1) 构建脉冲光源 xD+n2:I{  
    F33&A<(,  
    %K[_;8  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 ``KimeA~  
     " UaUaSg#  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ^x(BZolkm  
     A+v6N>}*  
    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 ' k[d&sR  
     QII-9 RxX"  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) |^p7:)cy  
     >8h14uCk  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) S_?{ <{  
     3>;zk#b2  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) a oj6/  
     #rnO=N8  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) \`3YE~7J/  
      JwEQR  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 W2cgxT  
     j_L1KB*  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 0\XG;KA  
     bV c"'RQ  
    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 d7 |3A  
     eT 8(O36%  
    ~nO]R   
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 j6x1JM  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 t* eZe`|  
     P X/{  
    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 K[} 5bjh>  
    AA$+ayzx9{  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 anLSD/'4W  
    6) 点击 ，进行光程分析 V`:iu n^f  
    $&D$Uc`U>  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 +pDZ,c,  
     nO-1^HUl  
    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) ^f][;>c  
     <_XyHb-  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 ig G8L  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps EVs.'Xg<  
    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 {[B^~Y>Lr  
    ?+6w8j%\  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 c*F'x-TH  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 ,EhQTVJ  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 e'%"G{(D  
     DVNx\t  
    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 f0 iYP   
    PS：电场振幅在时域中的分布 ;&="aD  
    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 q]PeS~PjF\  
     vm,/?]P  
    PS:转换为真实的场 N=4`jy =  
    PS：将包络函数转换为真实场 E1'| ;}/  
    11) 其它场测量工具 7,vvL8\NHu  
     Wk3R6 V  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 2@!Ou$W  
    !{On_>` ,  
    PS：在输出光场上划定线段 @|A w T  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 IC5[:UZ5]  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 @log=^  
    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 #fT1\1[]  
     8&d s  
    BEU^,r3z  
    QQ：2987619807
     
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