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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    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 VYk:c`E  
     mRk)5{  
    使用工具箱：基本工具箱 JcAsrtrG]  
     ;%e&6  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场  :eN&wQ5q  
     >F/^y O  
    自由空间传输距离：10mm f ,F X# _4  
     Vk2$b{VdF  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 I2 [U#4n  
     '{&Q&3J_  
    1) 脉冲传输 Oa|c ?|+  
     x#1 Fi$.  
    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 ejN/U{)jK'  
    bo0U  
    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：      wJp<ZL  
    2) 复数场 fBSa8D3}`  
     d:kB Zrq  
    传输时间用 来表示 Bf{u:TCK  
     %M6 OLq!K  
    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 \8vP"Kr  
     CPz<iU  
    脉冲的载波频率为 /%@;t@BK4  
     /jv/qk3i  
    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： GZ%vFje_ K  
                 Lqgrt]L_"  
    3) 时间傅里叶变换 !=0h*=NOYt  
     H:fKv7XL  
    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： XKp&GE@Y  
    \}Q=q$)  
    类似的定义同样适用于复数场 f"6W ;b2L.  
     ww2mL <B  
    4) 包络函数 VjQ&A#   
     u`MM K4 %  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： EPm~@8@"j?  
    其对应的频域谱为： C'6I< YX  
     >pq~ &)^u  
    =oAS(7o  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 #GzALF97  
     F8pA)!AH  
    1) 构建脉冲光源 <PLAAh8  
    U1\7Hcs$  
    yRXML\Ge  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 g5V\R*{  
     :So<N}&  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 xo>0j#  
     C- .;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 GJ9>i)+h;  
     F!+1w(b:  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) EU[\D;  
     J0xHpe  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) l=?e0d>O  
     +,e#uuj$p  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) H|% J"  
     $/wm k7T  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) sz9W}&(j  
     =AIts[!qd  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 \n<! ld  
     2B_|"J  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 adLL7  
     b\P:a_vq  
    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 jTa\I&s,A  
     hGtz[u#p  
    Giyh( DL  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 \^)i!@v  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 }c/p;<  
     >Hf{Mx{<  
    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 2KLMFI.F  
    !se1W5ke#  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 IkCuw./  
    6) 点击 ，进行光程分析 ~[;r) g\  
    $|K: 9  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 o[Ffa# sE  
     J[ZHAnmPH  
    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) J!:BCjRdw  
     >@vu;j\*E5  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 1K Vit{  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps kL8rqv^  
    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 N/tcW  
    LG[N\%<!H  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 q?!HzZ  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 P< OH{l  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 ?fxM 1<8  
     q T6y&  
    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 Rqe. =+Qs  
    PS：电场振幅在时域中的分布 #/oH #/?  
    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 T}fo  
     :\^b6"}8  
    PS:转换为真实的场 A5nggg4  
    PS：将包络函数转换为真实场 n0KpKH<&  
    11) 其它场测量工具 ~1O|4mssS  
     QAkK5,`vV.  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 *w0!C:mL&  
    VrIN.x  
    PS：在输出光场上划定线段 ]0UYxv%]  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 C.?^] Y  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 ^lp=4C9  
    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 ?I+{S  
     vl:~&I&y;R  
    1KZigeHXI  
    QQ：2987619807
     
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