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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 &N! ;d E  
    l1qWl   
    使用工具箱:基本工具箱 M(2c{TT  
    i`1QR@11  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 t~0}Emgp<(  
    _ %HyXd  
    自由空间传输距离:10mm CL$mK5u  
    `)W}4itm  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 Dab1^H!KT  
    JUlV$b.)J  
    1) 脉冲传输 .Lk2S "+  
    .{1MM8 Q  
    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 HEjrat;5  
    An e.sS  
    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:
    R3$K[Lv,  
    2) 复数场 5!PU+9Kh  
    MyOdWD&7  
    传输时间用 来表示 X192Lar  
    0r+%5}|-K  
    脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 ^vmyiF  
    >_y>["u6J#  
    脉冲的载波频率为 .hCOi<wB  
    b:S#Sz$  
    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: K6.*)7$#  
                 l }?'U  
    3) 时间傅里叶变换 4V7{5:oa  
    '~E&^K5hr  
    任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: @,-xaZ[  
    Cp_YIcnEJ  
    类似的定义同样适用于复数场 (,E.1j]ji  
    QMzBx*g(  
    4) 包络函数 7ST[XLwt%}  
    PT|W{RlNl  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: 5 s>$  
    其对应的频域谱为: Z50]g  
    CW Y'q  
    P(W7,GD,k  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 }XiS:  
    Mp ~E $f  
    1) 构建脉冲光源 Ywf.,V  
    ".qh]RVjV  
    qPpC)6-Q  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 EY(@R2~#J  
    ti'a^(  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 X.,1SYG[  
    \)ac,i@fy  
    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 @fp(uu  
    E#_TX3B   
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) UKx91a}g  
    tWi@_Rlx;  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) #Vanw!  
    r}P{opn$t  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) Pb.-Z@  
    Z8Fbx+~"  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) ">kf X1LT  
    er}/~@JJ  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 [t /hjm"$  
    ~?dPF;.6_  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 _.Y?BAQ  
    +GWeu0b(~  
    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 @7%nMTZ@&v  
    ocy fU=}X  
    kzGD *  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 Nl7"|()e  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 `I<*R0Qe  
    UGEC_  
    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@qYzSx[  
    i 4eb\j  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 oa+Rr&t'  
    6) 点击 ,进行光程分析 :a}hd^;[%8  
    AFl]w'=  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 ]]+wDhxH  
    K!k,]90Ko  
    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) r9@W8](\  
    }7vX4{Yn  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 G;FY2;adK  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps #P- S.b  
    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 rZ1${/6  
    0,nDyTS^  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 ?DkMzR)u  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 ,'F;s:WM,  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 Z*nC ;5Kd  
    y-{^L`%Mk  
    PS:输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 vKDRjrF-  
    PS:电场振幅在时域中的分布 @Wy>4B^  
    10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数,将包络函数乘以 ,即转换为真实场 on+ c*#  
    }V?SedsY  
    PS:转换为真实的场 ;&P%A<[`  
    PS:将包络函数转换为真实场 /_?Ly$>'  
    11) 其它场测量工具 nvxftbfE^D  
    N/Z3 EF_  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 p}!rPd*  
    ;58l_ue  
    PS:在输出光场上划定线段 d> `9!)  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 BM1uZJ0  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 5Y"lr Y38  
    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 mKPyM<Q  
    J-A CV(z=q  
    ^x4I  
    QQ:2987619807
     
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