建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 3Gi#WV4$
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e4g[ 使用工具箱：基本工具箱 ]CyWL6 z
{M: Fsay>p 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 dn/0>|5OF(
, Zs:e. 自由空间传输距离：10mm \/,54c2
Unev[! VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 3~H_UGw
O~yPe. 1) 脉冲传输 6wH]W+A
A-<\?13uW 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 <+D(G H}; ec Ixiv\
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： -U;2
b_ 2) 复数场 |&Gm.[IX;q
6W&huIQ[ 传输时间用 来表示 M\zM-B
EjLj5Z/q 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 K!^x+B|
O#}T .5 t 脉冲的载波频率为 wi/Fx=w
Yt79W 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： ]5W |^% V+My]9ki 3) 时间傅里叶变换 Hq'mv_}qG
b
'p0T1K( 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： GZ.Xx :tclY X 类似的定义同样适用于复数场 k2{*WF
-_&"Q4FR;+ 4) 包络函数 /KD KA)
+\ ~.cP7 [ 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： l1*qDzb 其对应的频域谱为： _7df(+.{<A
`)e5p K 
OxGKtnAjf
Q/'jw yj_ 1) 构建脉冲光源 =.19 7)e !,8jB( n.+%eYM< PS:高斯脉冲光谱窗口 g \]2?vY.
hKa<9>MI` 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 h RK &
N.r8d C 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 )IN!CmpN
dw'&Av'
|E STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) &sh5|5EC
y.h2hv]Bc STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 8%C7!l q
Ht >5R STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) )F e6>tE
(>~:1 STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) T!-*; yu
~SKV% STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 )\nKr;4MH
6-"@j@l5< STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 $7 J9Yzp?L
m
|Isi 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 kMP)\Q
. |XG0 M 
>* Ag0.Az
$<NrJgQ 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 RA];hQI? 
;?{[vLHDL PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 ?/@ U#Qy
6) 点击
，进行光程分析 + *xi&|% _%R]TlL PS1：左图为相位vs频率图 8]@$7hy8
0Dt-!Q7 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) &':Ecmo~`
gZf8/Tp\z 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 {s7
3(B" PS1：时间偏移量为33.3656ps }Fq~!D
Ee
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 z=FOymv C -){aBMOv3 PS:在中心位置处测量光场随波长变化 urb SprdF
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 .ZtW
y) U
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 <jAn~=Uq[,
5:yRFzh qd 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 (=-6'23q)
PS：电场振幅在时域中的分布 ~T^,5Tz1j
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 #3knKBH
~ K/_51O' PS:转换为真实的场 B&+)s5hh
PS：将包络函数转换为真实场 j 06 mky
11) 其它场测量工具 wg UgNwd1
jwL\|B oE 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 LgxsO:mi : i{tqY% PS：在输出光场上划定线段 vR7S !
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 $
~Ks !8'P
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 yvWM]A
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 b_ vKP
X`20=x _Ie?{5$ng`
QQ：2987619807
