建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ny= {V* m
CCO g1X_ 使用工具箱：基本工具箱 k6BgY|0g C
#EUg b7 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 Z.pw!mu"
z7C1&bGe 自由空间传输距离：10mm ) v~]lk,o
5b p"dIe VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 b`zf&Mn
@g~sgE}# 1) 脉冲传输 Ziimz}WHF
@k<~ `S~| 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 s jm79/ H%]ch6C
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： m{c#cR 2) 复数场 98^6{p
`x)bw 传输时间用 来表示 HU9y{H
6l'y 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 U I C? S
8
-A7 脉冲的载波频率为 $:!T/ *p*
bl_WN|SQ 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： :g#it@
IviQ)h p 3) 时间傅里叶变换 A#&qoZ(C
D5u"4\g< & 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： (14kR N1~$ + 类似的定义同样适用于复数场 nX%'o`f
[dlH
t;S 4) 包络函数 /}_c7+//
C} _:K)5q 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*X8 其对应的频域谱为： A'iF'< %
[oLQd-+
n5*7~K "C
Ba|}C(Ws? 1) 构建脉冲光源 9t.yP;j\Y 4!vUksM #l# [ \6 PS:高斯脉冲光谱窗口 B@inH]wq
N P'Ke: 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 j%jd@z ]@
h./vTNMc 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 FNCLGAiZ
`yX+NRi(s STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) O) %kl
e.|RC STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) DN':-PK
Y zW7;U
S STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) 5|G3t`$pa
nvo1+W (% STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) #r)1<}_e#
kah3Uhr~ STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 XqS*;Zj0
)-KE 4/G STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 *M<BPxh0w]
qbq<O %g= 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm a&
aPBv1
[j]J_S9jJ 
i z>y u[ |
I5 yd )72 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 s/vOxGc 
R|J>8AL}BY PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 e$+f~~K
6) 点击
，进行光程分析 fMEv85@JL w[7.@ %^[ PS1：左图为相位vs频率图 _q $LrAT
G<-9U}~76 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)
p $1Rgm\
l 3?,gd.- 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 NU&^7[!yl PS1：时间偏移量为33.3656ps 7M#$: Fdb
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 u4,X.3V]A ]VG84bFm PS:在中心位置处测量光场随波长变化 ]RX tC*
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 tZu*Asx7
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 j)tC r Py
"K+ N f 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 h9BD
^j
PS：电场振幅在时域中的分布 -8Jl4F ,
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 Z: lB:U'o
]AZ\5C-J PS:转换为真实的场 JdUz!=I
PS：将包络函数转换为真实场 {I9 N6BQ&
11) 其它场测量工具 H dbnb[e
3pTS@ 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 c."bTq4tJ K[LVT]3 n PS：在输出光场上划定线段 a j@C0
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 tk) >C K11
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 }y-;>i#m=g
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 j`|^s}8t
ICl_ eb mU3 Y)
QQ：2987619807
