建模目的:使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 M L7 vP
!H6X%hlk 使用工具箱:基本工具箱 0J;Qpi!u2v
g5*?2D}dqX 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 'GLpSWL+*
gMU%.%p2 自由空间传输距离:10mm ZRFHs>0
6E_YUk?KW VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 "Sw raq
vxrqUjK7 1) 脉冲传输 X*hPE=2`
p
S&c5Q*->[ 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 -Q%Pg<Q-# Z!l]v.S
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: IL"N_ux~w~ 2) 复数场 "2PT]!
Cli:;yi&n 传输时间用 来表示 9{IDw
bfK4ps}m* 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 lLU8eHf\
NGW:hgf 脉冲的载波频率为 J58S8:c
P5lk3Zg' 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: isFxo,R9r lA4TWU (] 3) 时间傅里叶变换 @H}Hjg_>m
nt%p@e!, 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: 8wn{W_5a ff00s+ 类似的定义同样适用于复数场 x]t$Zb/Uxa
B_XX)y %V 4) 包络函数 uhB
V)Qg
A-YW!BT4 VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: :Vw{ lB 其对应的频域谱为: d *#.(C9^
"ZFH_5<
goJ'z|)) 脉冲在自由空间的传播的模拟 bo@,
B
]oC"gWDYu 1) 构建脉冲光源 Dd:^ { //%#?JJV R{Cbp=3J PS:高斯脉冲光谱窗口 bc>&Qj2Z7c
q)J5tBfJ 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 @7{.err!
_7dp(R 2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 tjx|;m7
PM'2zP[*W STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) `oM'H+
?F*I2rt# STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) {xh5s<uOj
|f(*R_R STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ,RP 9v*
iU(B#ohW" STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) j-ob7(v)*]
J|<C;[du> STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 nC)"% Sa
{uJ"% STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 "{zqXM}:C
:39arq 3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm ES8(:5
s d = bw
SwM=?< 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 +[4y)y` PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 jBl$r{L
vG\
b` 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 <`wOy[e
<qEBF`XP = PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 RL fQT_V
6) 点击
,进行光程分析 k"%sdYkb! k;)mc+ ~+ PS1:左图为相位vs频率图 c c/nzB
M }q;\} 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) L!,@_
b~@+6? 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 OXn-!J90P PS1:时间偏移量为33.3656ps rmr :G
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 Nbv b_ {L [ PS:在中心位置处测量光场随波长变化 !!w(`kmn1
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 4;eD}g
9) 点击
键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 VE}r'MBk
q- 0q: 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 ~$hR:I1
PS:电场振幅在时域中的分布 q03+FLEfC
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 q?@*
>y(loMl PS:转换为真实的场 IM5[O}aq
PS:将包络函数转换为真实场 M9m~ck
11) 其它场测量工具 Wh~,?}laj
iyXd"O 线测量工具
,即显示某线段上光场的分布及特性 ]'w5s dP %b2Hm9r+ PS:在输出光场上划定线段 w~Nat7nD
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 TQ0ZBhd
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 DsbTx.vA
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 VJ_fA}U
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QQ:2987619807