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 $0}bi:7
r6JkoPMh 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 wF8\
9/Dt:R3QU 自由空间传输距离:10mm v{ n}%akc
3\r@f_p VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 g i'agB^
AnY)T8w 1) 脉冲传输 1fv~r@6s
9D{).f0 作为任意的电磁场,脉冲由电场矢量E(r, t)和磁场矢量H(r, t),共六个矢量分量来表示,这六个分量均为实值函数,后面我们用函数U(r, t)表示其中任意一个分量 3|Sy'J0'K #<Nvy9
VirtualLab可以模拟脉冲传输,在一个输入平面 定义脉冲,此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示,数学表达式如下: h(Ed% 2) 复数场 +[/47uFbI
_|3TC1N$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< 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: 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 $dTfvd
t 9n 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 K=Z]#bm
Eqmv`Z
[_ 2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 gSr}p$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
I o 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 P 34LV+e
9) 点击
键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 `rz`3:ZH
n b0 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
(
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QQ:2987619807