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infotek 2021-07-02 09:45

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 _,0.h*c  
*YH!L{y  
使用工具箱:基本工具箱 O7IYg;  
~pp< T  
脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 [4C_iaE  
CR.d3!&28  
自由空间传输距离:10mm 3}g>/F ~  
%JPr 7 }  
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 837:;<T  
N:Q.6_%^  
1) 脉冲传输 PW%ith1)<  
Ff>X='{  
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 ORKJy )*"  
:9L}jz  
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:
yj'lHC  
2) 复数场 6'mZM=d  
@I1*b>X~<  
传输时间用 来表示 ~)$R'=  
([a;id  
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 n%\\1  
c8]%,26.  
脉冲的载波频率为 [E<A/_z  
Na]Z%#~  
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: 4MDVR/Z7  
             f#AuZ]h  
3) 时间傅里叶变换 `lm'_~=`&  
X`&Us  
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: SkipPEhA  
fh_:ung  
类似的定义同样适用于复数场 RF6]_-  
$A74V [1^  
4) 包络函数 <oP`\m   
NR&a er  
VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: 3Jd a:  
其对应的频域谱为: ZR3sz/ulLd  
Qu<HeSA_  
8KP   
脉冲在自由空间的传播的模拟 R.* k7-(;  
~ cu+QR)  
1) 构建脉冲光源 ?vD<_5K; I  
%NlmLWF.  
M{u7Ef  
PS:高斯脉冲光谱窗口 N0D5N(kH%  
ZA_~o#0%  
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 w U]8hkl?  
*WzPxQ_  
2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 ZFX}=?+  
T|oDJ]\J  
STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) &SZAe/3+  
PMQ31f/zf  
STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) M>RLS/r>d  
2"xhFxoD7  
STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) } -hH2  
}EfRYE$E  
STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) m^0*k|9+G  
R 'mlKe x  
STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 A}pe>ja   
9<!??'@f  
STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 7S&O {Q7)  
=5pwNi_S  
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 J{EK}'  
RKs_k`N0  
;rCCkA6  
4) 点击▷Go! ,进行场追迹 UU =,Brb  
PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 /xA`VyHO  
~fgS"F^7n  
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 OH+2)X  
wE <PXBl\b  
PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 b$Bq#vdg:  
6) 点击 ,进行光程分析 $U_1e'  
oFGgr2Re  
  
PS1:左图为相位vs频率图 _{i- .;K  
TlQ5'0&I  
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) 7x |Pgu(  
1-4*YrA  
7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 y3V47J2o  
PS1:时间偏移量为33.3656ps EX3;|z@5;  
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 = U~\iJ  
t9 id^  
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 9EZh~tdV[  
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 LTD;  
9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 37,)/8]lG  
==7=1QfP  
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~#OVFJ9=  
PS:电场振幅在时域中的分布 l>>, ~  
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 '-X913eG!  
dNs<`2m  
PS:转换为真实的场 BtWm ZaKi  
PS:将包络函数转换为真实场 xF9PjnWF=  
11) 其它场测量工具 :}w^-I"  
W&k2z,|  
 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 K* 0]*am|v  
obIYC  
PS:在输出光场上划定线段 }"chm=b  
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 G Q+g.{c  
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 cm7>%g(oQo  
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 (V~PYf%  
</d&bS  
*8QGv6*vQ  
QQ:2987619807
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