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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 ^wCjMi(sj  
     ^)conSm  
    使用工具箱：基本工具箱 r}MXXn,f  
     ?h"+q8&  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 0~Ot  
     dX: (%_Mn  
    自由空间传输距离：10mm c%r?tKG6  
     &xMR{:  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 pj G6v(zK  
     v_"p)4&'  
    1) 脉冲传输 y.26:c(  
     u[dR*o0'  
    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 1+v&SU  
    ! R?r)G5E  
    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：     _ro^<V$%  
    2) 复数场 ge9j:S{  
     G2U=*|  
    传输时间用 来表示 W)ihk\E  
     2@@OjeANsX  
    脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 -mOSB(#bo  
     }BS.OK?  
    脉冲的载波频率为 iXK.QktHw  
     T>e!DOW;  
    在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： '+N!3r{G  
                 _>%P};G{>  
    3) 时间傅里叶变换 N_lQz(nG/2  
     OACRw%J:X{  
    任意点处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： }20 Q`?  
    !*ct3{m  
    类似的定义同样适用于复数场 "qjkw f)\  
     ~UX@%0%)N  
    4) 包络函数 @ |v4B[/  
     I?LJXo\O  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： %eB0 )'  
    其对应的频域谱为： RiqYC3Ka  
     \:9dt8(-U  
    lfp[(Ph)9  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 i,1=5@rw5  
     1r;]==  
    1) 构建脉冲光源 G?CaCleG  
    qk;*$Q  
    2jV.\C k  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 bhDV U(%I6  
     q`_d>l  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 L|.q19b*  
      P&"8R  
    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 7Vd"k;:X  
     r:lv[/ D  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) jh0``{  
     . >[d:0  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Osncl5PD)  
     u+%Ca,6  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) B,@geJ  
     'NHtCs=F   
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) ]Ir{9EE v  
     '8\7(0$c  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 @q:v?AO  
     |b" h+  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 m}&cXY  
     /(Mi2$@v1  
    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 t&}Z~Zp  
     S`g:z b_  
    =<Q_&_.60  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 ap;?[B~Ga  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布  uyBmGS2  
     4.il4Qqy}i  
    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 5p!X}u ]  
    z-};.!L^  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 FN jT?*  
    6) 点击 ，进行光程分析 M &`ZF  
    n${,r  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 (1pI#H"f9  
     W <.h@Rz+  
    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) C><]o  
     OiBDI3,|+  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 ms9zp?M  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps W*?mc2;/  
    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{Srd3  
    xS.Rpx/8  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 vxuxfi8x  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 N6K%Wkz  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 4Uz1~AuNxb  
     lS1-e0,h1  
    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 }#0MJ6L  
    PS：电场振幅在时域中的分布 qkQ _#  
    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 CUJP"u>8M  
     ~q0g7?}&  
    PS:转换为真实的场 ) D_ZZPq_  
    PS：将包络函数转换为真实场 1K(a=o[Ce  
    11) 其它场测量工具 7C~qAI6Eg  
     P(iZGOKUs=  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 "p]Fq,  
    o=/Cje  
    PS：在输出光场上划定线段 X( Q*(_  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 X3nt*G1dL  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 /P_1vQq  
    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 V[E7 mhqy  
     yWS #{| o(  
    D2hEI2S  
    QQ：2987619807
     
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