建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 n
N.6?a
tt5t(+5j 使用工具箱：基本工具箱 /}+VH_N1
|f5WN&c 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 UrtA]pc3L
zq]I"0Bi. 自由空间传输距离：10mm :/YHU3 ~Y
.. jc^ 'L VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 )F _vWbg
We%HdTKT 1) 脉冲传输 .\Gl)W
Ws;S=|9,7~ 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 JX4uH>6 matW>D;J
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： co !o+jP 2) 复数场 r'bctFsD
$sF'Sr{)y 传输时间用 来表示 9* s'' =
*}fs@"S
脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 B=dF\.&Z
TA;r 脉冲的载波频率为 ',Y`XP"Q
^a+W! 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： NTq#'O) f |,YyuCQcL[ 3) 时间傅里叶变换 =QdHji/sB
r 0m A 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： : jgvg$fd /G[2
类似的定义同样适用于复数场 5e)2Jt:
wXUP%i]i= 4) 包络函数 WFHS8SI
/hrVnk i* 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： ~>2D A$Ec 其对应的频域谱为： ad
<z+a
2=R}u-@6p 
,orq&#*Wd
Cu2eMUGt 1) 构建脉冲光源 ~HW8 mly' |:qaF 5a8[0&hA 2 PS:高斯脉冲光谱窗口 &P2tzY'
3)D' Yx 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 o<1a]M|
{TmrWFo 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 @^q| C&j
* :r6E STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) |ZJ<J)y
tr[(,kX STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Z ~X \Z.
/Kw}R5l STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) B7'rbc'
p?@R0] STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) x6n( BMr
!U zMuGj STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 QaVxP1V#U
]t2zwHo# STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 ]TE(:]o7V
c@|!0
U%j 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm zcqv0lM '
wP|Amn+; 
0fOx&"UAB
|qOoL*z 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 s%cfJe _k 
4J~ ZZ PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 {fd/:B 7T
6) 点击
，进行光程分析 ^X?D4a|;#g cr wui 8 PS1：左图为相位vs频率图 pq T+lai)#
yG v7^d PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) fen~k#| l
6@rebe!&= 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移
p YRqV PS1：时间偏移量为33.3656ps },]G +L;R
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 qj.>4 d ^Rpy5/d PS:在中心位置处测量光场随波长变化 ~[N"Q|D3Y
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 uc~/l4~N
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 /# FU"
,P>xpfdK PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 RV=Z$
PS：电场振幅在时域中的分布 $n><p>`
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 7] 8nW!h;
bb4 `s0 PS:转换为真实的场 n5NwiSE
PS：将包络函数转换为真实场 -qJ%31Mr#
11) 其它场测量工具 =xs"<Q*w>
pzcl@ 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 sw\O\%^ cWU9mzsE PS：在输出光场上划定线段 K*/X{3 J;
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 }x~1w:z Hd
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 \/8oua_)
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 /19ZyQw9
6OPYq*| fxOa(mt
QQ：2987619807
