建模目的:使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 j;&su=p"
?ieC>cr 使用工具箱:基本工具箱 N*}g+IS
X_wPuU% 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 `Y<FR
T$Rf 自由空间传输距离:10mm 0SDyE
GUvEOD=p VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 D;oX*`
Up1e4mNL 1) 脉冲传输 >yt8gw0J
jH2_Ekgc;_ 作为任意的电磁场,脉冲由电场矢量E(r, t)和磁场矢量H(r, t),共六个矢量分量来表示,这六个分量均为实值函数,后面我们用函数U(r, t)表示其中任意一个分量 AUm5$;o,/ {=T9_c
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: ff2`4_,| 2) 复数场 ^r
9
-j}zr yG- 传输时间用 来表示 *)qxrBc0
k4~2hD<| 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 <L<d_
1xb1?/n1# 脉冲的载波频率为 ;v%f +
p) m0\ 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: OP\m~1 d01]5'f?o 3) 时间傅里叶变换 E Ks4N4k
LVBE+{P\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: SH1)@K- @`:z$52 类似的定义同样适用于复数场 /
#D R|
!TPKD 4) 包络函数 1c*XmMB
%v<BE
tq VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: A0gRX] 其对应的频域谱为: 7toDk$jJRg
7E\k97#G
/yTPb 脉冲在自由空间的传播的模拟 lw_PQ4Hp
}9 I,p$ 1) 构建脉冲光源 h=MEQ-3jg X~ g9TUv8 Fz@9
@ PS:高斯脉冲光谱窗口 +Z=DvKsTJ
cP>[H:\Xc 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 |sPUb;&~
Isg\ fSK<j 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 Ew*SA
. MH;u3U STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) kuW^_BROJ
$'93:9tg STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) H[U"eS."
~r?VXO p"
STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) NbUbLzE
a<lDT_2b STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) -$cO0RSY
O{ |Ug~ STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 Oc%W_Gb7
oR'u&\mB STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 C,VvbB
jUd)|v+t 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 ]Yk)A.y
|?4NlB6
28LYGrB
4) 点击▷Go! ,进行场追迹 ZFRKzPc
{V PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 r&Qq,koE
y=SVS3D 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 g,s^qW0vds
`{9bf)vP6 PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 <,,X\>B
6) 点击
,进行光程分析 40HhMTZ0- \"6?*L|] PS1:左图为相位vs频率图 uFn?U)
##a.=gl 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) |X;|=.
>1RL5_US 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 V{n7KhN~Y! PS1:时间偏移量为33.3656ps %{&,5|8
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 - |4 Oq KRb'kW PS:在中心位置处测量光场随波长变化 2&XNT-Qm
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 L"}tJM.d
9) 点击
键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 QM@zy
4OFv#$[ 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 jGe%'AN\
PS:电场振幅在时域中的分布 }mpFo2
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 Lwn
]EqwDw4 PS:转换为真实的场 Tb\<e3Te_
PS:将包络函数转换为真实场 F(|XJN
11) 其它场测量工具 2=uwGIF
'zOB!QqA`v 线测量工具
,即显示某线段上光场的分布及特性 U<<XeSp bD.KD)5 PS:在输出光场上划定线段 HJJ;gTj
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 2@Oz _?O=
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 }VeE4-p 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 WV}HN
5&qBG@Hw] n0g8B
QQ:2987619807