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 ddN(L`nd Ich^*z(F$ 使用工具箱:基本工具箱 iqB5h|
` Ti)Me-g 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 =|AYT6z, k vZ w4Pk 自由空间传输距离:10mm P.Bwfa ,TWlg VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 NL:-3W7vf <Mvniz 1) 脉冲传输 ^*f D =At" Q6-O 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 9+9g (6 |qe;+)0>K 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: !aUYidd 2) 复数场 MkMDI)Y| E'4Psx9: = 传输时间用 来表示 OcV,pJ $$ *tK8# 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 f$:Y'$Z1 Y)/|C7~W 脉冲的载波频率为 e
bpt/q[ I]d-WTd 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: \;MP|:{pU %2dzx[s 3) 时间傅里叶变换 RgV3, z (y;
6H 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: E`_T_O=P >z%YKdq 类似的定义同样适用于复数场 9NwUXh(:( C[%Qg=< 4) 包络函数 d@ 8M_
O | [c=P)t7
V 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: 8GW+: 其对应的频域谱为: h=`$ec +pG+ xI
V5$Gb6?K 脉冲在自由空间的传播的模拟 rP]|`*B KE"6I 1) 构建脉冲光源 )rP,+ B?W vrb@::sy0T rzHBop-8 PS:高斯脉冲光谱窗口 @4UX~=:686 O EaL2T 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 #&)H&H} nuWQ3w
p[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 vC>2%Zgf- .F$}a% STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) Pa0W|q#?X F-zIzzb&O STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) \E,2VM@6 ^vM6_=g2E% STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ox`Zs2-a !;8Y?c-D STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) s9"X.-! }Fu1Y@M% STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 Mj1f;$ xdbzpU
STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 PEEaNOk
1b 8/j|=Q,5 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 r
ezp7 QAx9W%
nG3SDL#(k 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 0J/yd PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 I,#E`) 0cKsGDm 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 m-4#s
&iw,||# PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS:光程分析器窗口 Wjq9f; 6) 点击 ,进行光程分析 _4)
t E8Kk)7 PS1:左图为相位vs频率图 |MKR&%Na #2i$:c~ PS2:由左图可见相位大致随频率线性变化,因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分,剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果,若介质无色散则相位完全线性的随频率变化,剩余相位为零(或任意常数) p@~Y[a = \EU3i;BNT% 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 `:7r5}(^
PS1:时间偏移量为33.3656ps k-3;3Mq 8) 使用VirtualLab提供的场测量工具,选择点测量(Point Evaluation)即显示某一点上光场的特性 Xh}q/H< X%s5D&gr
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 @1'OuX^ PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 N[O .p]8 9) 点击 键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 aWimg6q X\!q8KEpR&
PS:输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 eCKm4l'BZ PS:电场振幅在时域中的分布 gYN;Fu-9Z 10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数,将包络函数乘以 ,即转换为真实场 "2%R? EsWB |V>
PS:转换为真实的场 2|\mBP`ok PS:将包络函数转换为真实场 JdI*@b2k[ 11) 其它场测量工具 _YR#J%xa )G/=3;! 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 EwG+' nlE 8*&-u +@%
PS:在输出光场上划定线段 ;DX{+Z[ PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 5K9W5hA:D PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 s[{8:Px 12) 对其进行逆向时间傅里叶变换,得到该线段上每一点的包络函数 +&"W:Le: 5YPIv-
Mz$qe
QQ:2987619807
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