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infotek 2020-12-28 09:56

脉冲的自由空间传输

建模目的:使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 BHK_=2WYz  
pH*L8tT  
使用工具箱:基本工具箱 1/{:}9Z@  
U}5uy9A  
脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 \u)(+t{  
9u)h$VC  
自由空间传输距离:10mm M9N|Ql  
2+^#<Uok  
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 JZ<O-G+  
?(|!VLu  
1) 脉冲传输 ktS0  
GV2}K <s  
作为任意的电磁场,脉冲由电场矢量E(r, t)和磁场矢量H(r, t),共六个矢量分量来表示,这六个分量均为实值函数,后面我们用函数U(r, t)表示其中任意一个分量 x x 'XR'zK  
S\ li<xl  
VirtualLab可以模拟脉冲传输,在一个输入平面 定义脉冲,此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示,数学表达式如下:
iA< EJ  
2) 复数场 ' Wi*[  
c^=:]^  
传输时间用 来表示 dB/Ep c&   
w5[POo' 5  
脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 pG4Hy$e  
.58 AXg  
脉冲的载波频率为 fkI<RgM  
gz88$BT  
在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: wj?f r?  
             i'57|;?  
3) 时间傅里叶变换 @-7K~in?^  
~k J#IA  
任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: ]xS< \{og  
[mwfgh&4%  
类似的定义同样适用于复数场 {<_}[} XY  
8+!$k!=X  
4) 包络函数 lz>5bR'  
G)putk@   
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,l+1`Jz  
其对应的频域谱为: Fdzd!r1 v  
N@)g3mX>  
H`".L^  
脉冲在自由空间的传播的模拟 cg$~.ytPK  
7_{x '#7  
1) 构建脉冲光源 p]>bN  
T"0a&.TLj  
c"QI`;D_c  
PS:高斯脉冲光谱窗口 zxj!ihs<  
YnNei 7R  
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 &d*9#?9  
3O]e  
2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 adxJA}K}  
-x RsYYw  
STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) F-ZD6l9O  
SC!IQ80H#D  
STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 7IvCMb&%R  
8C YJR/  
STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) @ce4sSo  
L%BWrmg  
STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) 8ZahpB  
";zl6g"  
STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 {jv1hKTa  
``O\'{o&  
STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 q5`Gl  
!Q?4sAB  
3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm p;B +g X  
qNvKlwR9;k  
36j.is  
4) 点击▷Go! ,进行场追迹 gNO$WY^  
PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 ~ugcfDJ  
&hF>}O  
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 CBvBBt*  
E O}(MXS  
PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 &"CS1P|  
6) 点击 ,进行光程分析 Ea3tF0{  
%tu{`PN<  
  
PS1:左图为相位vs频率图 0zfrx-'zN  
8G@FX $$Q  
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) wbpxJtJB  
O/5W-u  
7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 JD>!3>S)?  
PS1:时间偏移量为33.3656ps 7>4t{aRf_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 WAQv4&xGM  
7eq;dNB@gq  
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 ROfmAc  
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 Wd%j;glG  
9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 B 51LZP  
Z-~^)lo  
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 \Z~m6;  
PS:电场振幅在时域中的分布 vdo[qk\C  
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 Z uE 0'9  
dNyc|P`U  
PS:转换为真实的场 Vs"M Cqi  
PS:将包络函数转换为真实场 !K@y B)9  
11) 其它场测量工具 |n~v_V2.0  
>B9rr0d0  
 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 y}3V3uqK  
EXzY4D ^  
PS:在输出光场上划定线段 Zdak))7  
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 K;Xn!:) V:  
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 D~ {)\;w^!  
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 |;].~7^  
Z BYmAD  
 aCTVY1  
QQ:2987619807
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