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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 iOiF kka  
     /YJo"\7  
    使用工具箱:基本工具箱 lNX*s E .  
    -P;3BHS$T  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 ,DFN:uf=l  
    Vn#}f=u\  
    自由空间传输距离:10mm %]P{)*y-?  
    >|3Y+X  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 8m+~HSIR  
    ![z2]L+TB  
    1) 脉冲传输 T+Yv5l  
    nCYz ];".  
    作为任意的电磁场,脉冲由电场矢量E(r, t)和磁场矢量H(r, t),共六个矢量分量来表示,这六个分量均为实值函数,后面我们用函数U(r, t)表示其中任意一个分量 A/y|pg5  
    +`d92Tz  
    VirtualLab可以模拟脉冲传输,在一个输入平面 定义脉冲,此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示,数学表达式如下:
    m` 1dB%;?  
    2) 复数场 >CvhTrPI  
    &M|rRd~*  
    传输时间用 来表示 j2G^sj"|  
    ffP]U4  
    脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 RP~nLh3=\  
    , z\Qd07u  
    脉冲的载波频率为 8ZtJvk`  
    6,q0F*q  
    光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: OY1bFIE  
                 L?ZSfm2<  
    3) 时间傅里叶变换 =z. hJu  
    ?`+VWa[,e  
    任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: .$\-{)  
    %n$f#Ml_r  
    类似的定义同样适用于复数场 c/ Pql!h+  
    lWRl  
    4) 包络函数 d/  Lz"  
    z</C)ObL  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: gP>pb W_  
    其对应的频域谱为: =-^A;AO(  
    @|A!?}  
    ZX/FIxpy  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 ;Z*rY?v  
    M6wH$!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;$qNAo  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) h1S)B|~8  
    Rxdj}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:  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 y)KIz  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 2|7:`e~h  
    0WzoI2Q  
    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(<}  
    1PxRj  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化  6 wd  
    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`;1UA}  
    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 Zbl*U(KU?  
    11) 其它场测量工具 8\E=p+C  
    !^Ay !  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 hgYFR6VH  
    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
     
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