建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 iOiF kka
/YJo"\7 使用工具箱：基本工具箱 lNX*s
E
.
-P;3BHS$T
脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 ,DFN:uf=l
Vn#}f=u\ 自由空间传输距离：10mm %]P{)*y-?
>|3Y+X VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 8m+~HSIR
![z2]L+TB 1) 脉冲传输 T+ Yv5l
nCYz ];". 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 A/y|pg5 +`d92T z
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： m` 1dB%;? 2) 复数场 >CvhTrPI
&M|rRd~* 传输时间用 来表示 j2G^sj"|
ffP]U 4 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 RP~nLh3=\
,
z\ Qd07u 脉冲的载波频率为 8ZtJvk`
6,q0F*q 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： OY1b FIE L?ZSfm2< 3) 时间傅里叶变换 =z. hJu
?`+VWa[,e 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： . $\-{) %n$f#Ml_r 类似的定义同样适用于复数场 c/ Pql!h+
l WRl 4) 包络函数 d/
Lz"
z</ C)ObL 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： g P>pb W_ 其对应的频域谱为： =-^A;AO(
@|A!? } 
ZX/FIxpy
M6wH$!zRa 1) 构建脉冲光源 >lIzeEW# 6% V:Z <y7{bk~i PS:高斯脉冲光谱窗口 p&I>xu8fl
q{h,}[U=
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 jm%P-C
@
#`y[75<n 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 w10~IP
l2;$q NAo STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) h1S) B|~8
R xdj}xy STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) )2c]Z|
YT-ua{ .^ STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) lL zR5445)
+E.
D : STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) @vq)Y2)r\
r(S h STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 PxYK)n9&
B-g- T>8 STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 g7323m1=
(A=PDjP! 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 !,ODczWvh
E^J &?- 
d>u^ 7:
0W zoI2Q 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 $-/-%= 
m? wQk:Y1 PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 ItLR|LO9
6) 点击
，进行光程分析 ;G`]`=s#Lq 2{RRaUoRb PS1：左图为相位vs频率图 9+ Mj$
^0"^ 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) 2MB>NM<xO
d7BpmM 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 x
.@O]}UH PS1：时间偏移量为33.3656ps xJ<RQCW$
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 N5)H(<} 1Px Rj PS:在中心位置处测量光场随波长变化 6 w d
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 psvc,V_*
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 L [PqEN\i
vE`;1 UA} 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 ]*]*O|w
PS：电场振幅在时域中的分布 H.M:
cD:
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 bv <^zuV
lI46
f PS:转换为真实的场 = W2.Nc
PS：将包络函数转换为真实场 Zb l*U(KU?
11) 其它场测量工具 8\E=p+C
!^A y ! 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 hg YFR6VH c|:EMYS PS：在输出光场上划定线段 /Q W^v;^
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 Q `K^>L1
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 \_u{ EB'b
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 auIW>0?}
_"F=4`lJ ~i?Jg/qcxN
QQ：2987619807
