建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 & N! ;d
E
l1qWl 使用工具箱：基本工具箱 M(2c{TT
i`1QR@11 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 t~0}Emgp<(
_ % HyXd 自由空间传输距离：10mm CL$ mK5u
`)W}4itm
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 Dab1^H!KT
JUlV$b.)J 1) 脉冲传输 .Lk2S "+
.{1MM8 Q 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 HEjrat;5 An e.sS
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： R3$K[Lv, 2) 复数场 5! PU+9Kh
MyOd WD&7 传输时间用 来表示 X192Lar
0r+%5}| -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 ^vmyiF
>_y>["u6J# 脉冲的载波频率为 .hCOi<wB
b:S#Sz$ 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： K6.*)7$# l }?'U 3) 时间傅里叶变换 4V7{5:oa
'~E&^K5hr 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： @,-xaZ[ Cp_YIcnEJ 类似的定义同样适用于复数场 (,E.1j]ji
QMzBx*g( 4) 包络函数 7ST[XLwt%}
PT|W{RlNl VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： 5 s>$ 其对应的频域谱为： Z50 ]g
CW Y'q 
P(W7,GD,k
Mp ~E $f 1) 构建脉冲光源 Ywf.,V ".qh]RVjV qPpC )6 -Q PS:高斯脉冲光谱窗口 EY(@R2~#J
ti'a ^( 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 X.,1SYG[
\)ac,i@fy 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 @fp(uu
E#_TX3B STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) UKx9 1a}g
tWi@_Rlx; STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) # Vanw !
r}P{opn$t STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) Pb.-Z@
Z8Fbx+~" STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) ">kf X1LT
er}/~@JJ STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 [t
/hjm"$
~?dPF;. 6_ STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 _.Y?BAQ
+GWeu0b(~ 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 @7%nMTZ@&v
ocy fU=}X 
kzGD *
UGEC _ 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 8@qYzSx[ 
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4eb\j PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 oa+Rr&t'
6) 点击
，进行光程分析 :a}hd^;[%8 AF l]w'= PS1：左图为相位vs频率图 ]]+wDhxH
K!k,]90Ko 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) r 9@W8](\
}7vX4{Yn 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 G;FY2;adK PS1：时间偏移量为33.3656ps #P- S.b
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 rZ1${/6 0,nDyTS^ PS:在中心位置处测量光场随波长变化 ?DkMzR)u
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 ,'F;s:WM,
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 Z* nC
;5Kd
y-{^L`%Mk PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 vKDRjrF-
PS：电场振幅在时域中的分布 @Wy>4B^
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 on+
c*#
}V?SedsY PS:转换为真实的场 ;&P%A<[`
PS：将包络函数转换为真实场 /_?Ly$>'
11) 其它场测量工具 nvxftbfE^D
N/Z3 EF_ 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 p}!rPd* ;58l _ue PS：在输出光场上划定线段 d> `9!)
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 BM1uZJ0
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 5Y"lr Y38
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 mK PyM<Q
J-A CV(z=q ^x4I
QQ：2987619807
