建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 )uIe&B
69? wc! 使用工具箱：基本工具箱 wj<6kG
0hNA1Fh{U 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 mpEK (p
SSg8}m5)Q 自由空间传输距离：10mm Ae^~Cz1qz
s w oQ' VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 @= Uh', F
%lx!. G 1) 脉冲传输 kr5"> "7
S8w _ii3zd 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 5 +YH.4R 7qLpZ/
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： fZ zoAzfv2 2) 复数场 z'U1 bMg
` $<.pOm 传输时间用 来表示 [M}{G5U .
S6M}WR^, 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 )?n aN
eIEeb,#i 脉冲的载波频率为 E *6C w
l
H8zK$! 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： I H&|Tcf\ nH'e?>x~e 3) 时间傅里叶变换 _L UhZlw
@R"JW\bd 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： sPQQ"|wU 8f 4b&ah 类似的定义同样适用于复数场 f#"J]p
9r<J"%*Q 4) 包络函数 T_
<@..C
Jr!JHC9i 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： FP`b>E qOH 其对应的频域谱为： !bx;Ta.
Y;Dp3v ! 
G1tY) _-8[
J26 V nK 1) 构建脉冲光源 \ gGW8Q ; a=1@*ID )5JFfp)# PS:高斯脉冲光谱窗口 vjCu4+w($Z
<C iSK! 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 8)3*6+D
HT S0s\R$ 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 |\t-g" ~sN
*?>T,g x} STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) CL;}IBd a
uEP*iPLD@ STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Tc:)-
z[o
qLG&WB STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) A#<? 4&
[;yOBF STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) )
7@ `ut
*W1dG#Np} STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 q5+4S5R*^
: /N0!&7 STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 fu ,}1Mq#
(@VMH !3 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 +Q)XH>jh
,HV(l+k {| 
2(+2+ }
U&OJXJd j 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 xml7Uarc 
.
iI PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 ]^7@}Ce_
6) 点击
，进行光程分析 rfg'G&A( UHkMn PS1：左图为相位vs频率图 MrFQ5:=
}C?'BRX 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) Tv=mg H=b
P>D)7 V9Hh 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 =BAr .m+" PS1：时间偏移量为33.3656ps AKfDXy
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 v$v-2y'% HM1Fz\Sf PS:在中心位置处测量光场随波长变化 'sKk"bi;0
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 p)-^;=<B3
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 m dg8,n
()?(I?II 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 4l'fCZhA}
PS：电场振幅在时域中的分布 Lg.gfny[(t
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 _ < V)-Y
G j?t_Zln PS:转换为真实的场 1n8/r}q'H
PS：将包络函数转换为真实场 NwvC[4
11) 其它场测量工具 4e7-0}0
B m<`n;m 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 \?-<4B c@ V)k4:H PS：在输出光场上划定线段 o5PO =AN
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 eC4[AX6e
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 o:'MpKm
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 &
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QQ：2987619807
