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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 qVHXZdGL  
     PIZnzZ@Z;  
    使用工具箱：基本工具箱 mYU7b8x_  
     zC@ ziH>{]  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 S1Z~-i*w  
     gY],U4_:p  
    自由空间传输距离：10mm ]"ZL<?3g  
     kiah,7V/  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 3 s@6pI  
     *Ce8( "v,  
    1) 脉冲传输 xJ-(]cO'  
     sIVVF#0}]  
    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 ZWtlOP#]  
    r8R]0\  
    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：     O^Y}fo'  
    2) 复数场 O#}d!}SIp  
     Ok0zgi  
    传输时间用 来表示 h20<X;  
     AQUl:0!  
    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 {OH @z!+d  
     sp&s 5aw  
    脉冲的载波频率为 aEO``W  
     +t9$*i9`L  
    在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： /Zzb7bHLK  
                 v$WH#;(\  
    3) 时间傅里叶变换 jfLkp>2E'  
     +qWrm |O]  
    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： bOB<m4  
    a/ 4!zT   
    类似的定义同样适用于复数场 vU4Gw4  
     \zdY$3z  
    4) 包络函数 K)D5%?D  
     O_E\(So  
    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： *y}<7R  
    其对应的频域谱为： Wzn!BgxRr  
     =&!L&M<<  
    ,qj1"e  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 7Gos-_s  
     ;Dw6pmZ  
    1) 构建脉冲光源 T z`O+fx &  
    TKwMgC}<[  
    u|.c?fW'3  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 eU*0;#  
     x)]_]_vX  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 /Ezx'h3Q  
     ?Z1&ju,Hd-  
    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 7_=7 ;PQ<  
     ?Nbc#0pb7  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) :rdw0EROy  
     >*wF~G*k  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 03%`ouf  
     ?<*mIf:?  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) L[j73z'  
     pv}k=wqJ1  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) LH@xr\^  
     51)Q&,Mo#  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 !{WIN%O  
     f%g^6[  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 ^zfO=XN  
     :xBG~D  
    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 8Qo~zO  
     7 6} a  
    cn3F3@_"\  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 q^I/  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 @)IHd6 R  
     w,s++bV;L  
    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 2#XYR>[  
    `Z' h[-2`  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 4/Mi-ls_  
    6) 点击 ，进行光程分析 YVcO+~my  
    VEc^Ap1?'  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 O:I"<w9_1  
     J% b`*?A  
    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) T, z80m}  
     S>6f0\F/Y%  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 y-1!@|l0:6  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps +n>_NVe  
    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 nYvx[ zq?^  
    {\ P`-'C  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 }5nVZ;  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 |Y9mre.Y;  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 Mx]![O.ye  
     } vzNh_  
    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 $*k9e^{S  
    PS：电场振幅在时域中的分布 l$\OSG  
    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 rD?G7l<~>_  
     lG>,&(  
    PS:转换为真实的场 h,palP6^  
    PS：将包络函数转换为真实场 w y\0o  
    11) 其它场测量工具 er%D`VHe  
     - Mubq  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 Rt6(y #dF  
    6!;eJYj,  
    PS：在输出光场上划定线段 HO`N]AMw  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 g2|qGfl{C  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 W[R^5{k`  
    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 %Ums'<xJ  
     '  ~F  
    e*Gt%'  
    QQ：2987619807
     
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