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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 Q1>Op$>h  
4|o{_g[  
使用工具箱:基本工具箱 9 %.<V_$  
V n!az}  
脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 jP7+s.j>  
"'p+qbT8  
自由空间传输距离:10mm (Q p] 0  
1 069]  
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 %`uRUex  
uD*s^  
1) 脉冲传输 3lrZ-k+S{  
\kJt@ [w%  
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 3~1lVU:  
x2IU PM  
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:
Ok{:QA~#  
2) 复数场 2 DNzC7}e  
:tS>D5dz(  
传输时间用 来表示 kjKpzdbD  
\5pAG mgD  
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 @Y<ZT;J  
CFrHNU  
脉冲的载波频率为 Vh[o[ U  
Rb>RjHo S  
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: vgbjvyfN  
             r+.4|u  
3) 时间傅里叶变换 ]TZWFL-  
+AC-f2  
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: p'c<v)ia  
{{)[Ap)  
类似的定义同样适用于复数场 nm|m1Z+U  
t=\[J+  
4) 包络函数 z&J ow/  
YH+\rb_  
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: ^3@a0J=F  
其对应的频域谱为: 3 BhA.o  
6!D  
'pls]I]  
脉冲在自由空间的传播的模拟 G?1V~6  
I)/7M}t`  
1) 构建脉冲光源 %oKc?'L0  
V +<AG*[  
*SG2k .$  
PS:高斯脉冲光谱窗口 !U~#H_  
L<>NL$CrN  
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 zc~xWy+  
]f @LhC1x  
2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 nZ+5@( *  
<hC3#dNRd  
STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) ITY!=>S-  
~W2&z]xD  
STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) bh6wI%8H  
YhK/pt43C  
STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ^* v{t?u  
|}.B!vg(4  
STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) v5ddb)  
QN8Hz/}\  
STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 naCI55Wx  
{%~ Ec4r  
STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 s31_3?Vdf,  
ew ,edU  
3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm 9NXiCP9A  
Zd/~ *ZA  
"/h"Xg>q  
4) 点击▷Go! ,进行场追迹 wyEgm:Vt  
PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 eZkz 1j~  
c)YGwkY,,  
5) 引入光程分析器(Optical Path Length Analyzer,以下简称OPLA),以获取脉冲的时间偏移 4J|t}  
vX24W*7  
PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 *K)53QKlE  
6) 点击 ,进行光程分析 ghR]$SG  
m:<3d]L  
  
PS1:左图为相位vs频率图 b<cM[GaV~  
8=AKOOU7>  
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) {NqGWkGt*b  
? NK} q\$  
7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 3YF]o9  
PS1:时间偏移量为33.3656ps S.>9tV2Ca  
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 KTJ $#1q  
)%c)-c  
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 =W^L8!BE'  
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 2 ~'quA  
9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 zX Pj7K*  
.]l2)OlLQ  
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 l@jJJ)Qyk  
PS:电场振幅在时域中的分布 _j tS-CnO  
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 ~H~4 fp b  
IKp x~  
PS:转换为真实的场 a{.n(M  
PS:将包络函数转换为真实场 /YR $#&N2  
11) 其它场测量工具 oIgj)AY<  
dPX>A4wp  
 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 `Pbn  
Y)RikF >  
PS:在输出光场上划定线段 [=!MS?-G  
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 |mA*[?ye@  
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 mmK_xu~f28  
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 xq*yZ5:5Jo  
)ISTb  
h:90K  
QQ:2987619807
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