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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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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 5")BCA  
     @B9#Hrc  
    使用工具箱：基本工具箱 99~ZZG  
     eBqF@'DQ  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 j.:f =`xf  
     vH@$?b3VP  
    自由空间传输距离：10mm S*%:ID|/C2  
     0>:`|IGnT2  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 uzL|yxt  
     \wV ?QH  
    1) 脉冲传输 $E^*^({  
     4"eeEs h  
    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 EGj zjuJu{  
    %:y"o_X_  
    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：     A+VzpJ~  
    2) 复数场 Kr%`L/%  
     ]0g1P-&,U  
    传输时间用 来表示 5"w%  
     n"<'F4r  
    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 #-/_J?  
     i}>} %l|  
    脉冲的载波频率为 yppXecFJ  
     CFeAKjG  
    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： $it>*%  
                 ,&jjp eZP  
    3) 时间傅里叶变换 x5,|kJ9S  
     iBCIJ!;  
    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： F8B:P7I  
    ~TjTd  
    类似的定义同样适用于复数场 F2v9 XMi  
     D1EHT}  
    4) 包络函数 cyWDtq  
     \8`^QgV`@  
    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： I bE Nq  
    其对应的频域谱为： ar@ysBy  
     t_Ul;HVPS  
    M B,Z4 ^  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 &sGLm~m#  
     /_r{7Gq.  
    1) 构建脉冲光源 C12y_E8Un  
    EiWd =jDm  
    K555z+,'e  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 +N!/>w]n  
     qb5IpI{U  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 b<KKF'  
     L'a>D  
    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 a!:R_P}7  
     g")pvK[e  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) ;+Mr|vweTC  
     ~q{QquYV  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) h3;RVtS  
     bM $WU?Z  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) +ID% (:  
     k)JwCt.%  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) k? =_p6>  
     (rSBzM]H  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 66cPoG  
     ="]y^&(L(  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 5<?/M<i  
     ]yA_N>k2K  
    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 SMh[7lU`  
     ,YmTx  
    ; J8 25CE  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 S;S_<GX  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 +6 x:+9S  
     CB?,[#r5f  
    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 ZAMS;e+e  
    ~kPZh1n`  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 ;EfREfk  
    6) 点击 ，进行光程分析 w~VqdB  
    L@6T~  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 y?{YQ)fj  
     wGnFDkCNz  
    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) WK6|e[iP  
     5K?%Eo72!=  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 !,>9?(  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps 1(WNrVm;  
    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 ;]SP~kG  
    Q GDfX_  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 ZNG{:5u,  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 Fv9n>%W&  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 I?i,21:5  
     KR/SMwy  
    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 CEp @-R  
    PS：电场振幅在时域中的分布 $9O%,U@  
    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 +W9#^  
     X7& ^"|:  
    PS:转换为真实的场 { Sn J  
    PS：将包络函数转换为真实场 VcR(9~  
    11) 其它场测量工具 w97B)Kn6  
     {V~G r  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 n+uDg  
    p=8?hI/bim  
    PS：在输出光场上划定线段 C8.MoFfhe  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 j#E&u*IR  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 `=cOTn52  
    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!(r  
     :u>9H{a  
    ^{Y9!R*9U*  
    QQ：2987619807
     
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