建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ]Uw<$!$-]s
?HTj mIb 使用工具箱：基本工具箱 )hd@S9Z.Y
ks3`3q 7 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 )'Oh `$M
Gn\_+Pj$ 自由空间传输距离：10mm qd9c I&
B\<Q ;RI2; VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 +EFgE1w
,LTH;<zB) 1) 脉冲传输 IM:=@a{
Q~814P 8] 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 `k=bL"T>\ K\>tA)IPSV
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： N/]o4o 2) 复数场 %u`8mi nCt
iDN;m` a 传输时间用 来表示 l/BLUl~z
aiQ>xen5C5 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 ji1 viv
CEXyrs< 脉冲的载波频率为 rFIqC:=
\X<bH&x:z 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： t2EHrji~ w<C #Bka 3) 时间傅里叶变换 ?f# y1m
W!%]_I!&K 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： T#M,~lD P1zKsY,l$< 类似的定义同样适用于复数场 9)0D~oUi
x N=i]~ 4) 包络函数 Dakoqke
&yGaCq;0 VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： 8j Mk)- 其对应的频域谱为： K2 he4<
L>MLi3{ 
4Yxo~ m(
eKgisY4# 1) 构建脉冲光源 / rg*p _Bj)r}~7# SLO%7%>p PS:高斯脉冲光谱窗口 t]> Lh>G
r9X?PA0f 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 jL( qf~c_
9w" h 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 #@^t;)|
;ToKJ6hN|* STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) +hvO^?4j
OH;b"] STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Nqw&< x+
TS /.`.gT STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) NXwz$}}Pp
6^uq?
STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) .zS?9MP
k9)jjR*XxG STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 '#s05h r
9v?N+Rb STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 P9=?zh 6G.
=jlt5 z 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 JXCCTUO
0QPH}Vi5} 
zV:pQRbt.
:80Z6F.k` 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 7G.#O}).b 
[`p=(/I&L PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 + # GQ,
6) 点击
，进行光程分析 Z^V6K3GSz- +u!0rLb PS1：左图为相位vs频率图 f>aEkh6u9
)\sc83L 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) "J+ 3w
$wmvKQc{lx 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 |_o=^?z' PS1：时间偏移量为33.3656ps (ohq0Y
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 Y3r% B9~ ,stN PS:在中心位置处测量光场随波长变化 Qi_>Mg`x
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 B+[A]dgS
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 \zieyE
*:>" q ej PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 qY~`8
x
PS：电场振幅在时域中的分布 M%1}/!J3
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 VUVaaOmO
I *x[:)X8 PS:转换为真实的场 Vl%^H[]
PS：将包络函数转换为真实场 AFc$%\s4
11) 其它场测量工具 t'BLVCu
_D y m{! t 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 Y]{
>^`G Xv< B1 PS：在输出光场上划定线段 GytXFL3`:
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 ]4h92\\965
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 b7 !Qn}
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 ]Tkc-ez
(4' $y`Z RY c!~Wh~Y
QQ：2987619807
