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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 lhA s!\F  
MupW=3.38  
使用工具箱:基本工具箱 <S8W~ wC  
Wj j2J8B  
脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 #O9*$eMw  
J&"?m.~@  
自由空间传输距离:10mm tkN3BQ  
|] !o*7"4  
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 EdAR<VfleA  
PWk ?8dL-  
1) 脉冲传输 *Qg5Z   
f>)Tq'  
作为任意的电磁场,脉冲由电场矢量E(r, t)和磁场矢量H(r, t),共六个矢量分量来表示,这六个分量均为实值函数,后面我们用函数U(r, t)表示其中任意一个分量 .p(6' TYnI  
'ztL3(|X6  
VirtualLab可以模拟脉冲传输,在一个输入平面 定义脉冲,此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示,数学表达式如下:
%-ZR~*  
2) 复数场 t&9as}  
+dgo-)kP(_  
传输时间用 来表示 Wz-3?EQ  
@nx}6?p\,  
脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 l!;_lH8W$  
K Z!N{.Jk  
脉冲的载波频率为 02W4-*)  
EID)o[<  
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: T018)WrhL  
             @4_rxu&  
3) 时间傅里叶变换 uspkn1-  
prlyaq;4  
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: -4vHK!l  
-eR!qy:.]5  
类似的定义同样适用于复数场 gVa+.x]  
q: TT4MUj<  
4) 包络函数 V5u}C-o  
5%QC ][,  
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[PW@:SZ  
其对应的频域谱为: {b|3]_-/  
2q- :p8  
k=T-L  
脉冲在自由空间的传播的模拟 (:?5 i`  
+~w?Xw,  
1) 构建脉冲光源 H~?*KcZ 0\  
;]gsJ9FK<  
i'W_;Y}  
PS:高斯脉冲光谱窗口 ~U"by_  
QiTR-M2C!  
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 stg30><  
YPha9M$AgU  
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 `26V`%bPkr  
;wJ7oj<  
STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) z^gQ\\,4  
c<=`<!FS[  
STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) E!zd(  
j-lSFTo  
STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) y+4?U  
Q7~'![(a  
STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) yu`KzIU  
z(g%ue\  
STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 MAE7A"l a  
$ \Q<K@{  
STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 a>o"^%x  
Sf  024  
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 aBXYri  
ydwK!j0y  
(NH8AS<  
4) 点击▷Go! ,进行场追迹 IL~]m?'V(  
PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 M82.khm~jM  
pU?{0xZH  
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 Qg'c?[~W@  
{0is wq'J  
PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 z.eJEK  
6) 点击 ,进行光程分析 PD6MyW05%9  
8weSrm  
  
PS1:左图为相位vs频率图 WGH%92  
y;Qy"-)qb  
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) )Rjb/3*!  
Mw/?wtW  
7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 :PgF  
PS1:时间偏移量为33.3656ps ^I]LoG:  
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 a?5WKO  
jCU=+b=  
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 _Zh2eXWdjM  
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 GwcI0~5  
9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 an3~'g?  
fv|]= e  
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 :]vA 2  
PS:电场振幅在时域中的分布 T>d\%*Q+B  
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 r eGm>  
6ayy[5tW  
PS:转换为真实的场 TqIAWbb&  
PS:将包络函数转换为真实场 ?nQ_w0j  
11) 其它场测量工具 j]r XoV>  
?#d6i$  
 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 \ jE CSV|  
$j57LY|r  
PS:在输出光场上划定线段 `YPe^!` $  
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 W%TQYR  
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 TI}}1ScA'  
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 xpF](>LC(  
@&;(D!_&  
W7t >&3l  
QQ:2987619807
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