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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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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 M L7vP  
    !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 '  
    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$Zb/Uxa  
    B_XX)y%V  
    4) 包络函数 u hB V)Qg  
    A-YW!BT4  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: :Vw{ l B  
    其对应的频域谱为: d *#.(C9^  
    "ZFH_5<  
    goJ'z|))  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 bo@, B  
    ]oC"gWDYu  
    1) 构建脉冲光源 Dd:^ {  
    //%#?JJV  
    R{Cbp=3J  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 bc>&Qj2Z7c  
    q)J5tBfJ  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 @7{.err!  
    _7dp(R  
    2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 tjx|;m7  
    PM'2zP[*W  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) `oM'H+  
    ?F*I2rt#  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) {xh5s<uOj  
    |f(*R_R  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ,RP9v*  
    iU(B#ohW"  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) j-ob7(v)*]  
    J|<C;[du>  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 nC)"% Sa  
    {uJ"%  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 "{zqXM}:C  
    :39arq  
    3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm ES8(:5  
    sd =bw  
    SwM=?<  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 +[4y)y`  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 jB l$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 Dsb Tx.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  
    P ?n k>  
    fNfa.0 s  
    QQ:2987619807
     
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