建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 N}3$1=@Y
Z;{3RWV 使用工具箱：基本工具箱 #D$vH
siHS@S 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 -m:i~^
u
l ^*GqP5 自由空间传输距离：10mm ?N,'1I
!ACWv*pW VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 aNpeePF)z
6N&S3<c4JO 1) 脉冲传输 XL K#=YTI
#cBt@SEL' 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 QJ`# &QRp o?f7_8fG
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： d]OoJK9&& 2) 复数场 IPU'M*|Q
6}.B2f9 传输时间用 来表示 \]U@=w
dF{3 ~0+, 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 8z^?PZ/
{R7>-Y[4)2 脉冲的载波频率为 ={?} [E
I72UkmK` 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： W>Y8 u8 6y, M+{ 3) 时间傅里叶变换 2,O-/A;tW*
j=)Cyg3_% 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： h'<}N Hw5\~!FX 类似的定义同样适用于复数场 GA{>=Q _~
13.v5 v,l 4) 包络函数 D>,]EE-
4@|K^nT` 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： }$V]00
X 其对应的频域谱为： l/yLSGjM
[UquI " 
Q;{yIa$ $
yw5MlZ4P= 1) 构建脉冲光源 EuqmA7s8A YL&$cT] 1 AqvRzi(Y PS:高斯脉冲光谱窗口 71cc6T
(o{-1Dg) 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 OekcU% C
WUAjb ,eo 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 /^qCJp`
Q<zL;AJ STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) a2UER1Yp"
GY<Y, STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) WDKj)f9cy
eg) =^b STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) M{zzXE[@
9#/z [! STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) gPe*M =iF
6<NaME STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 Q <^'v>~n
wlC_rRj~ STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 5 h+g^{BE
)& %X
AW{ 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm ;:cU /{W
~m[^|w 
]&yO>\MgJB
Jm\'=#U# 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 q*@7A6:FV> 
D._q'v< PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 <QugV3e
6) 点击
，进行光程分析 =! 9+f : "3WC B PS1：左图为相位vs频率图 w%VHq z$
xI< Dc*G 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) wP6~HiC
' >`?T}a, 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 cA`R~ o"
PS1：时间偏移量为33.3656ps 7cr+a4 T33
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 8K] fw{-$L WsL*P .J PS:在中心位置处测量光场随波长变化 `T {{wty
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 hp%|n:.G
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 %QVX1\>]
@PZ&/F ^ PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 8QE0J$d5
PS：电场振幅在时域中的分布 <) uUAh
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 x5WFPY$w M
>+7+ gSD#: PS:转换为真实的场 %njX'7^u
PS：将包络函数转换为真实场 u !k\W{
11) 其它场测量工具 B$ +YK%I
ZQD_w#0j 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 $`i$/FE a^~T-;_V PS：在输出光场上划定线段 oR [,?qu@f
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 XK`># *"V
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 y/$WjFj3"
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 Z WL/ AC
`5r*4N< H\ Y.l,^
QQ：2987619807
