建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 N3%#JdzZ$
7kLu rv 使用工具箱：基本工具箱 b j&!$')
P T;{U<5 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 $|~ <6A{y
c,a8#Og 自由空间传输距离：10mm 0Y8gUpe3P6
4fi4F1 f VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 s<!A< +Sh
|{#St-!- 7 1) 脉冲传输 dla_uXtM6
C~ &E7w 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 i]ZGq7YJ% % !@E)%d0
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： !]F`qS> 2) 复数场 :Qa*-)rs
?/. ])'&b 传输时间用 来表示 j,OA>{-$
Q`k;E}x_- 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 Zz0er|9]Q
|Yl i~Qx 脉冲的载波频率为 K*:=d }^
Ae2N"%Ej 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： A|"T8KSMB {,Z|8@Sl% 3) 时间傅里叶变换 zZMKgFR@
RvR.t"8 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： -C2!`/U e)}E&D;${ 类似的定义同样适用于复数场 "]eB2k_>
rZgu`5 <a 4) 包络函数 q]4h#?.-1v
& b (* 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： H,D5 )1Uu 其对应的频域谱为： X5o*8Bg4M
.i;.5)shsu 
CbZ;gjgY*
Xm,fyk> 1) 构建脉冲光源 H'i\N?VL 8=D ,`wog G& h@ PS:高斯脉冲光谱窗口 6 $Om OCA%
:
;8L1' 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 - 7!L]BcZ.
|Ua);B ~F 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 Fx!D:.)/G
-3ePCAtXbe STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) s17)zi ,?4
"EpH02{ i STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) ZY<R Nwu
]EK(k7nH STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) :?UcD_F
ViW2q"4= STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) *-ys}sX
@:im/SE STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 Gd|kAC
g
6D ]fDeH\ STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 dw;<Q
U? dad}7 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm a =W%x{
5BA:^4zr? 
m$C1Ea-wnT
#6a!OQj 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 NU_^*@k 
Jt}`oFQ5l PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 ktPM6 6`b
6) 点击
，进行光程分析 ? <F([( K bQXH!J PS1：左图为相位vs频率图 >N PK;Vu
V0D&b N* 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) U B+~K/
5=*i!c
_m 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 ?#a&eW PS1：时间偏移量为33.3656ps 2ih}?%H8
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 *A`ZcO=
+-b'+mF PS:在中心位置处测量光场随波长变化 '+Jy//5?
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 :YR HO|
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 Pm#/j;
]O}e{Q> 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 #*rJI3
PS：电场振幅在时域中的分布 %7 -(c
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 //N="9)@
ogSDV PS:转换为真实的场 fn/?I \
PS：将包络函数转换为真实场 /$clk=
11) 其它场测量工具 )-"<19eu
D?%[du:V 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 dn}EM7:Z "c} en[ PS：在输出光场上划定线段 &0f/ F :M
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 (`slC~"
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 v Cej( ))
12) 对其进行逆向时间傅里叶变换，得到该线段上每一点的包络函数 ysi=}+F .
q{G8 Po$z' a~@f,b w
QQ：2987619807
