建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 |_8- 3
s (J,TS#I] 使用工具箱：基本工具箱 bN@V=C 3
MOY .$M,1 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 MRi QaUg2
/i$E|[ 自由空间传输距离：10mm @ ;M( oFS9
(Kd;l &8 VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 kehv85
.{LFc|Z[ 1) 脉冲传输 z@^[.
V} =9S@$o 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 qi_[@da f? ~xpU<Pd*
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： ~cVFCM 2) 复数场 ngj=w;7~+
M2_sxibI 传输时间用 来表示 4:=']C
snO d
3Bw 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变
cHs@1R/-s
R_:47.qq 脉冲的载波频率为 <Vm+Lt9
|\%[e@u 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： +^YXqOXU T~7i:<E^ 3) 时间傅里叶变换 gEbe6!; q3
'+N!3r{G 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： \%z#|oV#< r5> FU>7' 类似的定义同样适用于复数场 \R yOexNZ
W# E` h 4) 包络函数 4=td}%
Z;=G5O
uvQ VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： {v+,U} 其对应的频域谱为： b[<r+e8
E1usxF) 
)1wC].RFYm
i-w^pv' 1) 构建脉冲光源 Q{T6t;eH j}3Avu% hJ\IE? + PS:高斯脉冲光谱窗口 IL`X}=L_
lxx)l(& 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 Y
m=ihQ|
-U~]Bugvh 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 htX;"R&
6z=h0,Y} STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) AM cHR=/
h3D~?Iom STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) ;=
^ kTb`X
jh0``{ STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) . >[d:0
Osncl5PD) STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) u+%Ca,6
xDU>y STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 'NHtCs=F
] Ir{9EE
v STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 '8\7(0$c
@q:v?AO 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 |b"
h+
m}&cX Y 
dCv@l 7 hE
F5la:0fb 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 Agt6G\ n 
uyBmGS2 PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 )a"rj5~-
6) 点击
，进行光程分析 81Ixs
Qt e59P6/z PS1：左图为相位vs频率图 VQ wr8jXye
u"eO&Vc 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) vM )2F
(1pI#H"f9 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 "c5C0 pK0 PS1：时间偏移量为33.3656ps -} avH
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 OiBDI3,|+ ms9zp?M PS:在中心位置处测量光场随波长变化 Tk~RT<\Ab+
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 V6l~Aj}/
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 GP=i6I6C
l{q$[/J~) PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 v `&
PS：电场振幅在时域中的分布 M]9oSi
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 s}"5uDfn1F
}#0MJ6L PS:转换为真实的场 7 0pt5O3]
PS：将包络函数转换为真实场 [4qCW{x._
11) 其它场测量工具 1$S;#9PQ
UrAg*v! Qy 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 },1**_#<Br MtE18 m "z PS：在输出光场上划定线段 C-25\
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 _D{zB1d\0
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 9J>b6
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 Ve/"9 ?Y_
b _Q:v& yWS #{| o(
QQ：2987619807
