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 dtt ~ Bd J @IS\9O 使用工具箱:基本工具箱 Xd
`vDgD C#0Qd% 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 ~a9W3b4j *Mc7f ?H 自由空间传输距离:10mm rVnd0K -V.d?A4" VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 $.%rAa_H !^c@shLN4 1) 脉冲传输 l! bv^ W i.5Y{ 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 )RgGcHT@ >w6taX 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: *XOJnyC_H 2) 复数场 x Gk6n4Gg $tqJ/:I 传输时间用 来表示 26?W
nu60 I{'f|+1 脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 k;W@LfP nuQ]8- , 脉冲的载波频率为 hB;VCg8 9p* gU[ 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: Elj_,z 2-*V=El 3) 时间傅里叶变换 SymwAS+ :nN1e 任意点 处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: CK+d!Eg +avMX&% 类似的定义同样适用于复数场 :(|'S4z ?tdd3ai> 4) 包络函数 VZka}7a ?
8aaD>OR$ 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: 7R.Q
Ql 其对应的频域谱为: W<ZK,kv \2-@' ^i
!`JHH& 脉冲在自由空间的传播的模拟 4LcX<BU9 `A$!]&[~| 1) 构建脉冲光源 Ox!U8g8c QS.>0i/7l [&[^G25 PS:高斯脉冲光谱窗口 sAn0bX gU^$Sx7' 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 `^JJ&)4iv Qp,DL@mp>8 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 #eZ6)i< KOq;jH{$ STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) sZWaV4 J&/lx${ STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) RgdysyB
l- pe4x STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) b+-f.!j WW2Ob* STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) mP38T{ rB~W Iu STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 3ya1'qUC ,d+fDmm3 STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 0 S_ ':r ,21 np 3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm eivtH P 4D%9Rc0 G
`(+o=HsD 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 {CG_P,FO PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 ,B(7\ 7'-Lp@an 5) 引入光程分析器(Optical Path Length Analyzer,以下简称OPLA),以获取脉冲的时间偏移 PjT=$]
a {}|Bf< PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS:光程分析器窗口 Md6]R-l@ 6) 点击 ,进行光程分析 "vCM}F aV o;~h~ PS1:左图为相位vs频率图 l.\re"Q )D'^3)FF 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) UX3BeUi.) pMg3fUIM 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 &Cim!I
PS1:时间偏移量为33.3656ps `~eX55W 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 _zt19%Wg V@7KsB
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 tkQH\5 PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 KTvzOI8 9) 点击 键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 YCe7<3> J4 G2LK]
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 &R|/t:DN PS:电场振幅在时域中的分布 GLn{s 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 F/m^?{==~* #j#_cImE
PS:转换为真实的场 BR^7_q4q PS:将包络函数转换为真实场 SvN9aD1 11) 其它场测量工具 9!9Z~/*m g-`~eG28D5 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 72sD0)?A pME{jD
PS:在输出光场上划定线段 FJ*i\Q/D PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 RsU3Gi_Zdz PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 R(P%Csbqh 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 mS#zraJn5 LA_3=@2.H
i |{Dd%4vK
QQ:2987619807
|