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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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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 8a!2zwUBV  
    O &\<FT5  
    使用工具箱:基本工具箱 jhcuK:`L  
    {9:hg9;E*  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 A xR\ ned  
    P59uALi  
    自由空间传输距离:10mm 4i96UvkZ  
    >!G5]?taa  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 /]l f>\x1  
    `NoCH[$!+  
    1) 脉冲传输 x[a'(5PwY  
    'w `d$c/p  
    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 0, "ZV}  
    jM;d>Gymx  
    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:
    OMxxI6h  
    2) 复数场 ;>'SV~F  
    s3y}Yg  
    传输时间用 来表示 :!hk~#yvJ9  
    ]d~MEa9Y|  
    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 kz|[*%10  
    Z_!9iA:X  
    脉冲的载波频率为 .1%i`+uZ  
    cG5$lB  
    光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: X[Y #+z4  
                 2O^32TdS  
    3) 时间傅里叶变换 3 dY6;/s  
    H|'$dO)W  
    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: L;kyAX@^  
    E'fX&[  
    类似的定义同样适用于复数场 r6<ArX$Yl  
    8*"rZh}'  
    4) 包络函数 ir"* iL=  
    Z^C!RSQ  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: 2GUhV*TN  
    其对应的频域谱为: MQhYJ01i  
    yW'BrTw  
    a#>t+.dd  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 Psg +\14  
    @$_rEdwi  
    1) 构建脉冲光源 ta2z  
    \y<+Fac1S  
    8HB?=a2Q<'  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 d9ZDpzx B  
    &<m WA]cAL  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 v UJ sFR  
    )vxVg*.Ee  
    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`j  
    H74NU_   
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) ye9QTK6$,  
    {_+>"esc  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) _zAc 5rS  
    P2s^=J0@  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) K1CMLX]m  
    R?i-"JhW  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) <$Xn:B<H  
    us(sZG  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 t%ou1 &SO  
    wpJ^}+kF  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 IiQWs1  
    9$}+-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 >7eu'  
    Qq6%53  
    .f[\G*   
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 #nt<j2}m  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 \["1N-q b  
    B]CS2LEqh  
    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 % DHP  
    ;L MEU_  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 4{1c7g  
    6) 点击 ,进行光程分析 +K @J*W 1  
    Vz+=ZK r5  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 -#:Y+"'  
    EC:x  ,i  
    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) R;N>#_9HU  
    j.e`ip  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 S<)RVm,!e  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps A_8`YN"Xk  
    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 (W{rv6cq  
    INeWi=1  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 GNj/jU<o!  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 :$u{  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 9 ^=t@  
    FeincZ!M  
    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 8O}A/*1FJ  
    PS:电场振幅在时域中的分布 \^^hG5f  
    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 P,LXZ  
    xw/h~:NT  
    PS:转换为真实的场 O=9VX  
    PS:将包络函数转换为真实场 B_6v'=7]  
    11) 其它场测量工具 Mf,Mcvs  
    } r\SP3  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 7m@^=w  
    }(hYG"5  
    PS:在输出光场上划定线段 [0%Gu 5_\  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 OQX{<pQ6  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 5O4&BxQ~}  
    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 FK/ro91L  
    OM#OPB rB  
    EZa{C}NQ$2  
    QQ:2987619807
     
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