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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 hf< [$B  
     @*-t.b2k  
    使用工具箱：基本工具箱 #,Cz+ k*4  
      /J[s5{  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 |a>,FZv8e  
     "*ww>0[  
    自由空间传输距离：10mm sk7]s7  
     *b\&R%6dR  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 o8u;2gZx  
     o4nDjFhh  
    1) 脉冲传输 +PKd </*]  
     9G^gI}bY  
    作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 ;2l|0:  
    FPukV^  
    VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下：     #;/ob-  
    2) 复数场 C!W0L`r  
      N}KL'  
    传输时间用 来表示 U}DLzn|w  
     Y |9  
    脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 (ty&$  
     `j!XWh*$  
    脉冲的载波频率为 LyRW\\z2  
     9E}JtLgT  
    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： #O^%u,mJj  
                 x%T.0@!8  
    3) 时间傅里叶变换 1G )I|v9R  
     zV8{|-2]No  
    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： K>G.HN@  
    %{ory5  
    类似的定义同样适用于复数场 qIvnPaYW  
     D 3Tqk^5  
    4) 包络函数 8~y&"  \  
     61](a;Di  
    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+nX(@~f]  
    其对应的频域谱为： @S1Z "%S  
     %a']TX  
    /h9v'Y}c  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 C%H?vrR  
     m}6Jdt'|  
    1) 构建脉冲光源 &pW2R}  
    *auT_*  
    o+Fm+5t;  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 LZ RP}|  
     Z?u}?-b1\H  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 a9NIK/9  
     K #}t\  
    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 /[E2+g  
     kLc@U~M  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) NuW6~PV  
     1)!2D?w  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) `R!Q(rePx  
     Z"$iB-]  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) h s_x @6  
     <!F".9c@A  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) Q" r y@ (I  
     AG><5 }  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 oX7_v_:J\R  
     xxA^A  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 rE]Nr ;Ys  
     6-FM<@H{  
    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 WtO@Kf:3GH  
     8:[ l1d86  
     \>||  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 y?U@F/^}N  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 Vh>|F}%E  
     @WNqD*)1  
    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 _}F _Q5)  
    sR/y|  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 NF7  
    6) 点击 ，进行光程分析 Swh\^/B8  
    q;*'V9#  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 (,KzyR=*'  
     <KfR)7I$0a  
    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) X ]W)D S  
     MJkusR/  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 P+BGCc%);B  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps n.t5:SW  
    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 F{^\vFp  
    #+i:s92],  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 (V1;`sI8  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 O(VWJ@EHn  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换  A@9\Qd  
      q*94vo-  
    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 I L,lXB<  
    PS：电场振幅在时域中的分布 #RbdQH !  
    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 ^4NRmlb  
     {]dG 9  
    PS:转换为真实的场 g rCQ#3K*?  
    PS：将包络函数转换为真实场 rIb~@cR)  
    11) 其它场测量工具 2vU-9p {  
     h(R7y@mp\0  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性  ;u [:J  
    [+QyKyhTO  
    PS：在输出光场上划定线段 $-u c#57  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 [oXSjLQm[  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 w,up`W7,  
    12) 对其进行逆向时间傅里叶变换，得到该线段上每一点的包络函数 (>E/C^Tc%  
     ("F$r$9S  
    <VSB!:ew  
    QQ：2987619807
     
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