建模目的:使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 /HEw-M9z
]m q|w 使用工具箱:基本工具箱 nAato\mM
+E+p"7 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场
**0~K" ;\
%0?KMRr 自由空间传输距离:10mm qZh/IW
K3m/(jdO VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 ,Vax&n+J
rHI{aO7 1) 脉冲传输 QL/(72K
4@gG<QJW 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 Vt~{Gu-Y M0"_^?
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: e{H=dIa+ 2) 复数场 RBd7YWo\|j
I][*j 传输时间用 来表示 >6-`}G+|
Uc>lGo1j 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 I@N8gn
]N]!o#q}L 脉冲的载波频率为 2pCaX\t
Q{>k1$fkV 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: KF}hV9IU = svN#q5s 3) 时间傅里叶变换 wJqMa9|
4_lrg|X1 任意点
处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: Y@iS_lR >:!5*E5? 类似的定义同样适用于复数场 pki%vRY
o-HT1Hc! 4) 包络函数 8,%^
M9zBP
wlvgg VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: ajT*/L!0_ 其对应的频域谱为: @mBQ?;qlK
D_7,m%Z:
vr l-$ii 脉冲在自由空间的传播的模拟 Or+U@vAnk
}X6m:#6 1) 构建脉冲光源 Qv-_ jZ ;'K5J9k N+xP26D8 PS:高斯脉冲光谱窗口 {P./==^0
e T{ 4{ 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 RqrdAkg
\\qZl)P_ 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 )akoa,#%6c
7}>E J STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) y%T_pTcU
"8MF_Gu): STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 0S~rgq|O
vE?G7%, STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) u6agoK|^9
n>YKa)|W` STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) ?a5! H*,
4[eXe$ STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 i.m^/0!
Q2gq}c~ STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 QWYJ*
ez$(c 3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm }7Q% 6&IR
T~e.PP
C6PdDRf 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 rILYI;'o PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 ms]sD3z/W+
4r}51 N\ 5) 引入光程分析器(Optical Path Length Analyzer,以下简称OPLA),以获取脉冲的时间偏移 7@Qcc t4A
e^voW"?% PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 k_#)Tw*
6) 点击
,进行光程分析 WyiQoN'q yWSGi#)1 PS1:左图为相位vs频率图 <hyKu
eR>oq, PS2:由左图可见相位大致随频率线性变化,因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分,剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果,若介质无色散则相位完全线性的随频率变化,剩余相位为零(或任意常数) I?CZQ+}Hq
L4W5EO$ 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 ;$4\e)AB PS1:时间偏移量为33.3656ps 1% ` Rs
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具,选择点测量(Point Evaluation)即显示某一点上光场的特性 =3P)q" At;LO9T3z PS:在中心位置处测量光场随波长变化 "{t$nVJ
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 %cn<ych
G
9) 点击
键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 DEgXQ[
KI.hy2?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 n@3>6_^rwT
PS:电场振幅在时域中的分布 y~V(aih}D
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 i|kRK7[6B
sLk-x\P]| PS:转换为真实的场 er\|i. Y
PS:将包络函数转换为真实场 0jfuBj5!
11) 其它场测量工具 4qa.1j(R/
"dlVk~ 线测量工具
,即显示某线段上光场的分布及特性 7_t'( /yu #-J>NWdt PS:在输出光场上划定线段 a+QpM*n7Lq
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 Gc7=
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 J}t%p(mb
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 lTsjxw
o
dh\P4 mE[y SrV
QQ:2987619807