建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 xF*i+'2
xEufbFAN? 使用工具箱：基本工具箱 fM"&=X
| g"K7XfM4 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 <Vh }d/
K*M1 $@5 自由空间传输距离：10mm #!P>." .
Kp19dp}'b VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 Sx1OY0)s
z~ ua#(z1S 1) 脉冲传输 !Oi':OQG
2_TFc2d 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 K1p. { Nnfq!%
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： "d2JNFIHb 2) 复数场 cI-@nV
5>hXqNjP2 传输时间用 来表示 lBudC
onm" 7JsO' 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 J|([(
7tne/Yz 脉冲的载波频率为 q``/7
E@-5L9eJ\ 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： xl9S=^`= 8[#EC 3 3) 时间傅里叶变换 H#G3CD2&
,:0!+1 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： z`,dEGfh^ <`NtT G 类似的定义同样适用于复数场 h; R>|2A
3E}j*lo 4) 包络函数 &AVX03P
Yy,XKIq U VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： 0n\AUgVPF 其对应的频域谱为： l
nJ
0qm C Icg 
V 7D<'!
(px3o'ls h 1) 构建脉冲光源 _|#P~Ft
B;nIKZ ; D@ F PS:高斯脉冲光谱窗口 ) S}.QrG
0a1Mu>P, 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 2nCHL '8N
o\fPZ`p-m~ 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 xpI8QV$#
xm t D0U1 STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) [7 t
E:[!)UG|y STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) h?vny->uJ
9t8ccr STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) 8" r K
Z A}!Rzo STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) O{Q+<fBC9
yZb})4. STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 *%%n9T
R _2#7Xs STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 m8I NgzVTC
iF _u/# 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 Ci0]Y~a
=w<i Y O 
ry+|gCZ
lB7/oa1]> 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 3@* ~>H 
OaY]}4tI$ PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 ,V) hV@Dk
6) 点击
，进行光程分析 8E>2
6@. e}s,WC2 - PS1：左图为相位vs频率图 e~nh95
u,~+ho@ 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) DmZ_tuVI
hTPvt 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 aHPx'R PS1：时间偏移量为33.3656ps [a.(0YLr'w
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 #IeG/ t( !:~C /B{ PS:在中心位置处测量光场随波长变化 Kr`. q:0GK
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 F5{GMn;j
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 wQM( |@zE}
qj^ A 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 K3& k+~$
PS：电场振幅在时域中的分布 slLTZ]
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 jU }
S<5.} c R PS:转换为真实的场 T,B%iZ gCh
PS：将包络函数转换为真实场 K
k^!P*#
11) 其它场测量工具 3Qp6 $ m
C *Q x 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 ,S?:lQuK5 "AIS6%, PS：在输出光场上划定线段 % QaWg2Y=
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 r%LG>c`^
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 Z7Nhb{
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 WK.,q>#
<4^y7 ]] F fL gHQ
QQ：2987619807
