建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 )4e?-?bK!
0Tq=nYZA 使用工具箱：基本工具箱 9vI<\
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\2!1f N 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 +Fa!<txn
z^^)n 自由空间传输距离：10mm Z]qbLxJV
G[$g- NU+ VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 u.d YDi
pq$-s7# 1) 脉冲传输 }ej>uZVe<
|Q+:vb: 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 }WDzzjDR+ ! 8*l U2
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： Bht! + 2) 复数场 #. j}:
h yK&)y?~ 传输时间用 来表示 fs\A(]`$
1s/548wu 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 _9 :r4|S
h5<eU;Rw+ 脉冲的载波频率为 ApNS0
qV7 9bK 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： /od DJxJ
k YJu~iQ`i 3) 时间傅里叶变换 ACOn}yH
)k.} >0K | 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： ez <V = ~_ 类似的定义同样适用于复数场 B,A,5SuMk
E .N 4) 包络函数 ,0a\Ka {^
s>*xAIx
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： 7>lM^ :A 其对应的频域谱为： 4i7+ 'F
O',Vce$ 
T.}Y&,n$$5
,49Z/P 1) 构建脉冲光源 {$g3R@f^~ /m Xxj93UA '^)}"sZ@G PS:高斯脉冲光谱窗口 Lh R d0
6= :s3I^ 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 VwOcWK D
h:RP/ 0E 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 R,ZG?/#uM9
T~ L&c STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) 6n^@Ps
9y&bKB2, STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) GZ^Qt*5 {
?N^1v&Q STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ;5DDV6
/> 6ECT STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) h4#'@ %
_n1[(I STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 9dm oB_G
_b$ yohQ STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 t)1`^W}
%&S9 ~E
D 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 m*jT vn
!Au#j^5K-o 
.5uqc.i"f
|]?zH~L 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 &d0sv5&s 
~Up{zRD"B PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 VD< z]@
6) 点击
，进行光程分析 )2_[Ww|. xv&h>GOg PS1：左图为相位vs频率图 ;tSA Q
<{GVA0nr 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) `nKN|6o#x
1
+[sM 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 J ZkQ/vp( PS1：时间偏移量为33.3656ps ?U {<g,^
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 9z..LD( e[16
7uU PS:在中心位置处测量光场随波长变化 <Se9 aD
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 z$W L x
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 7B)1U_L0H
U (#JC(E-# 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 5C&*PJ~WA
PS：电场振幅在时域中的分布 fbU3-L?
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 uKX Nz z
Fn7OmxfD PS:转换为真实的场 *= ?|n
PS：将包络函数转换为真实场 /-,\$@J5)
11) 其它场测量工具 r0 )ne|&Hp
x Ek8oc 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 r *]pL< >=|p30\b PS：在输出光场上划定线段 4e Y? #8
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 vaGF(hfTA
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 ? *%_:fB
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 5|nc^
1 2
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QQ：2987619807
