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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 md"%S-a_dT  
    r%pFq1/'!  
    使用工具箱:基本工具箱 $0}bi:7  
    r6JkoP Mh  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 wF8\  
    9/Dt:R3QU  
    自由空间传输距离:10mm v{n}%akc  
    3 \r@f_p  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 gi'agB^  
    AnY)T8w  
    1) 脉冲传输 1fv~r@6s  
    9D{).f0  
    作为任意的电磁场,脉冲由电场矢量E(r, t)和磁场矢量H(r, t),共六个矢量分量来表示,这六个分量均为实值函数,后面我们用函数U(r, t)表示其中任意一个分量 3|Sy'J0'K  
    #<Nvy9  
    VirtualLab可以模拟脉冲传输,在一个输入平面 定义脉冲,此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示,数学表达式如下:
    h(Ed%  
    2) 复数场 +[/47uFbI  
    _|3TC1N$n  
    传输时间用 来表示 I&8SP$S>J  
    *\KvcRMGUa  
    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 %:KV2GP  
    rs Uw(K^  
    脉冲的载波频率为 &hN&nH"PC  
    ;-pvc<_c<  
    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: PbUcbb17  
                 ,'CWt]OS'  
    3) 时间傅里叶变换 w"agn}CK  
    Ln2C#Uf  
    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: i i@1!o  
    v\(m"|4(i  
    类似的定义同样适用于复数场 gH^$Y~Lx  
    4c[)}8\  
    4) 包络函数 1{x~iZa  
    |vN@2h(|"  
    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: t"/"Ge#a  
    其对应的频域谱为: iWM7, =1+  
    Mp"ci+Iu  
    V/}>>4  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 %;(|KrUN  
    RyOT[J  
    1) 构建脉冲光源 ;Z1U@2./  
    ? ZHE8  
    -*hb^MvP  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 $dTfvd  
    t9n   
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 K= Z]#bm  
    Eqmv`Z [_  
    2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 gSr}p$N  
    E`uaE=Mdq  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) ]Uu(OI<)  
     n22hVw  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) B_"OA3d_  
    4nII/cPG  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) R^yZG{?t  
    y|;8:b32  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) ~"q,<t  
    vN,}aV2nq  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 oIvnF:c  
    cxD}t'T  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 p~q_0Pg%  
    AO}i@YJth  
    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 J`+`Kq1T  
    ECS<l*i57&  
    4/2RfDp  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 L_U3*#Zdz7  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 a\&(Ua  
    %kZ~xbY  
    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 rX!+@>4_L  
    =WmBpUh  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 X(!AI|6Bt  
    6) 点击 ,进行光程分析 F8S~wW=\w  
    -.b Io  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 ^\ vfos  
    20/P M9  
    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) =tS[&6/  
    9*=@/1  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 pY)j0tdd  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps V5yxQb  
    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 )&Kn (l)  
    r%y;8$/-  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 T6R7,Vt'v  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 P34LV+e  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 `rz`3:ZH  
    nb0 Py>4  
    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 !bZhj3.  
    PS:电场振幅在时域中的分布 N &I8nZ9  
    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 \3Q:K |  
    m~Y'$3w  
    PS:转换为真实的场 6bbZ<E5At  
    PS:将包络函数转换为真实场 =j|v0& AGC  
    11) 其它场测量工具 /$FXg;h9$  
    V@#*``M,3  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 X(r)Z\  
    [+;FV!M6  
    PS:在输出光场上划定线段 7 >PF~=  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 1Lm].tq  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 6(N.T+;]  
    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 U`bC>sCp  
    ( }]37  
    <qbZG}u  
    QQ:2987619807
     
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