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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 >AD =31lq  
    2x$x; \*j  
    使用工具箱:基本工具箱 E|Bd>G  
    c $;\i  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 #S QXTR  
    1uG=`k8'k  
    自由空间传输距离:10mm ateUpGM QU  
    5$l9@0D.\  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 p(3sgY1  
    6DS43AQs  
    1) 脉冲传输 V:K;] h*!  
    )jW(6  
    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 +Al>2~  
    ayp b  
    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:
    O?K./So&  
    2) 复数场 eVy2|n9rH  
    |:iEfi]j  
    传输时间用 来表示 =(U/CI  
    pD`/_-=^h  
    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 pV`$7^#X  
    Z-Wfcnk  
    脉冲的载波频率为 HR{s&ho  
    eO5ktEoJ  
    光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: vd~U@-C=R  
                 Jgx8-\ 8  
    3) 时间傅里叶变换 P 15:,9D  
    W04av_u 5  
    任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: B#N7qoi  
    2/Nq'  
    类似的定义同样适用于复数场 VK .^v<Yo  
    v+q<BYq  
    4) 包络函数 Y5TS>iEE]  
    L4974E?S  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: l)}t,!M6  
    其对应的频域谱为: W}gVIfe  
    ^" 6f\  
    ~ l )t|'6  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 ]mkJw3  
    A!HK~yk~Q  
    1) 构建脉冲光源 ;<6"JP>0  
    .P/xs4  
    -q2MrJ*  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 jn=ug42d  
    yjZ2 if  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 CyTFb$Z  
    WM< \e  
    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 nk08>veG  
    o<\6Rm  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) ,?=KgG1i  
    fEiJ~&{&  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) pcpxe&S  
    HWtPLlNt  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) "Pdvmur  
    0/A-#'>  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) & l^n4  
    D0%FELG05  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 {CP o<lz  
     # eEvF  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 @ R'E?|  
    pI^=B-7  
    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  GVp  
    &t[|%c*D&  
    Q x.jCy@  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 '5WN,Vy8.  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 HWbBChDF  
    pGk"3.ce  
    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 mVrKz  
    (-2R{! A  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 24|<<Xn  
    6) 点击 ,进行光程分析 ,?w!5N;iRO  
    jEE_D +K  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 N[ Q#R~Hn<  
    Em9my2oE  
    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) A:xb!= 2  
    o}!&y?mp  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 >C^/,/%v  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps [;F{mN  
    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 =F[lg?g  
    wz@/5c/u  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 G;9|%yvd8  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 yTj p-  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 e5qvyUJM  
    5:_~mlfi  
    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 ~FNPD'`t  
    PS:电场振幅在时域中的分布 Jmy)J!ib*  
    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 Ctj8tK$D  
    Si[eAAd' :  
    PS:转换为真实的场 o@@_J@}#  
    PS:将包络函数转换为真实场 -g$O OJB6  
    11) 其它场测量工具 Yoe les-  
    * S{\#s  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 8tC+ lc  
    y8D 8Y8B  
    PS:在输出光场上划定线段 Nq  U9/  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 ZnQ27FcW  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 q"l>`KCG`  
    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 M3PVixli3  
    |'@V<^GR  
    mR6E]TuM  
    QQ:2987619807
     
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