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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 ='jT 5Mg  
     Ck#e54gJX  
    使用工具箱：基本工具箱 GXxI=,L8F  
     LxIGPC~  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 %16Lo<DPm  
      <O7!(  
    自由空间传输距离：10mm ?L\"qz%gP  
     nrY)i_\  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 T1qbb*  
     s! 2[zJ19p  
    1) 脉冲传输 EMP|I^  
     \dJhDR  
    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 |!] "y<  
    6yy%_+k*  
    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：     :pM 8Q1:B  
    2) 复数场 HnArj_E  
     0U~$u  
    传输时间用 来表示 Q>D//_TF  
     dV[G-p  
    脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 f2[R2sto@  
     ?fH1?Z\'K  
    脉冲的载波频率为 hu$eO'M_  
     $M)SsD~  
    在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： q83^?0WD  
                 8Azh&c  
    3) 时间傅里叶变换 .mfLHN%:  
     IDn<5#  
    任意点处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： 9HO9>^  
    K@*+;6y@  
    类似的定义同样适用于复数场 `bBkPH}M  
     D2}^TIg  
    4) 包络函数 +r'&6Me!  
     b 9rQQS  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： |;NfH|43;  
    其对应的频域谱为： W6T4Zsg  
     Jy/< {7j  
    @*|VWHR  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 9V1d`]tP  
      nBp6uNK[  
    1) 构建脉冲光源 @=l6zd@  
    3v\P6  
    +Kb 7N, "  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 ~2\Sn-`  
     EA(4xj&:U  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ["f6Ern  
     MoN0w.V  
    2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 Wz.iDRFl  
     }O7sP^  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) /V09Na,N  
     >BO$tbU5b  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Y>w7%N  
     F$\Da)Y  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) g ptf*^s  
     lND2Kb  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) d eT<)'"  
     ZN#b5I2Pf  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 Lo'pNJH;$  
     zEU[u7%  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 9[zxq`qT}+  
     Hc'Pp{| X  
    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 +ZNOvcsV  
     z*h:Nt%.  
    *Z"`g %,;  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 AC1RP`c  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 BJwuN  
     %Zk6K!MY#  
    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 ;iuwIdo6c  
    =_#b .8K  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 pp"#pl  
    6) 点击 ，进行光程分析 U4=l`{5on  
    k5E2{&wZ  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 ,i6E L  
     Op-z"inw  
    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{b#X"i  
     ={;pg(  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 I;NW!"pU  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps U\Vg&"P  
    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 ywJ [WfCY  
    SM8N*WdiU  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 v|(]u3=1_  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 :41Y  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 w@^J.7h^  
     xH\\#4/  
    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 \ji\r]k  
    PS：电场振幅在时域中的分布 2>9\o]ac4  
    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 N_NN0  
     I}bu  
    PS:转换为真实的场 neM.M)0  
    PS：将包络函数转换为真实场 : B&~q$  
    11) 其它场测量工具 >[aR8J/U  
      q6F1Rt  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 # &.syD#  
     B`e/ /  
    PS：在输出光场上划定线段 7JBs7LG  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 THhxj)  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 -c&=3O!  
    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 nrKAK^  
     [@lK[7 u  
    |1!fuB A  
    QQ：2987619807
     
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