建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ~%cbp&s*/q
_15r!RZ:1 使用工具箱：基本工具箱 }JS?42CTaV
I<DS07K 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 F[LBQI`zq
C Z|R-ky6p 自由空间传输距离：10mm p\Jz<dkN1
YDP< VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 S>nM&75 8
LbnR=B! 1) 脉冲传输 IL\#!|>
p tMysYT' 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 .- {B o@ }Jd0D4
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： :*1bhk8~ 2) 复数场 94Z~]C
0e&Vvl4DK 传输时间用 来表示 H'GyWG|Wx
d+$a5 [^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 k \|Hd"T
$w{ #o E 脉冲的载波频率为 &{99Owqg
~nw]q<7r 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： .U m.dXBYU lCDXFy (E 3) 时间傅里叶变换 M(xd:Fa?
5F $W^N 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： :Fm)<VN" z>~Hc8*]3 类似的定义同样适用于复数场 :`25@<*u
G} d@^9FkE 4) 包络函数 bmFnsqo
lIz"mk
VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： 1-4W4"# 其对应的频域谱为： zGF_ c9X
wj /OYnMw 
?Jio9Zr
qhc3 oRe 1) 构建脉冲光源 lUbQ@7a<' 6Dwj^e0 v<$a .I( PS:高斯脉冲光谱窗口 I8rt ta
wS9EC}s:Q 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 B[}#m'Lv
C[z5&
x2 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 ]25 x X
U:"E:Bxz;m STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) X H,1\J-S
jNBv y1 STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Mt"j< ]EW
G$ ( B26 STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) Q E1DTU
F6`$5%$M;? STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) 4*&_h g)h
}j;*7x 8( STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 $n.oY5=\
|]y]K% STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 6 SJ
;rC)*= 4# 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 $9)| cO
W{B)c?G] 
&==X.2XW
, 'N8Ivt 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 =8#$'1K,v 
{a ;my"ly PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 ?V aWOwWI
6) 点击
，进行光程分析 PZ06
_ ;n0VF77>O PS1：左图为相位vs频率图 4EQ-4 8h17
EFS ln*| 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) I *hCIy#;
^U OVXRn 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 K)"lq5nM PS1：时间偏移量为33.3656ps tn>z%6;&Z
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 <_(UAv g?-HA k6 PS:在中心位置处测量光场随波长变化 9 =D09@A%e
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 W(.q. Sx>
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 x=] PE}<E
/a @gE^TM 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 ) b Rj'*
PS：电场振幅在时域中的分布 #4?Z|_j3
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 *PEk+e
x"7`,W PS:转换为真实的场 R {N9'2l :
PS：将包络函数转换为真实场 # ub!
11) 其它场测量工具 vK@t=d
wd 86 y 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 "kH Ft|%@ ]m&cVy& PS：在输出光场上划定线段 $w%n\t>B
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 &"G4yM
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 p) '.swpJ
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 Y367Jr@^N
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QQ：2987619807
