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 ZFm`UXS ?4H#G)F 使用工具箱:基本工具箱 #FOqP!p.E 38ES($ 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 B<?[Mrdxw m><w0k?t 自由空间传输距离:10mm
uE/T2BX* O) |P,? VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 g6t"mkMY
L AI vXb\wL 1) 脉冲传输 sb_oD{+gW ^jB8Q 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 0-Y:v(|. :# E*Y8- 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: `^JJ&)4iv 2) 复数场 s.Y4pWd5@ 9h90huyKF 传输时间用 来表示 EJ}!F?o J&/lx${ 脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 gbeghLP[? r~-.nb"P 脉冲的载波频率为 v44}%$ /^{BUo 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: 0kQPJWF fA%z*\ 3) 时间傅里叶变换 *_ Z#O, lE8&..~l$+ 任意点 处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: >7`<!YJkK keW~ NM 类似的定义同样适用于复数场 |s#'dS; UUKP" 4) 包络函数 #PDf,^ NgCuFL(Ic VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: aJL^AG 其对应的频域谱为: >SN|?|2U/ HmfG$Z
B_U{ s\VY 脉冲在自由空间的传播的模拟 /){KOCBl; +x?#DH- 1) 构建脉冲光源 4h!f/aF' 4H5pr (`>voi<^ PS:高斯脉冲光谱窗口 "LYh7:0s!k ,:fl?x.X 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 \;-fi.Hrf$ "\Egs)\ 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 h)1qp Qj fJ\sguZ STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) !UOCJj.cA "'8KV\/D STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 6iEhsL&K !Fw?H3X!"q STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) n,eJ$2!J (>6*#9#p STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) >-_d CNZ *#%9Rp2| STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 o-xDh7v x\&`>>uA STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 4Wy<?O2 j*e6vX 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 E3@QI?n^^ FJ*i\Q/D
RsU3Gi_Zdz 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 R(P%Csbqh PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 mS#zraJn5 BQcE9~H 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 e{;OSk`x
a $"ib PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS:光程分析器窗口 Eh-n 6) 点击 ,进行光程分析 VL[R(a6c
< JOjoiA PS1:左图为相位vs频率图
:Ih|en^w A^ _a3$,0 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) xD&^j$Em O8|5KpXd@ 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 >FhK#*Pa
PS1:时间偏移量为33.3656ps Xi?b]Z 8) 使用VirtualLab提供的场测量工具,选择点测量(Point Evaluation)即显示某一点上光场的特性 )$w*V9d Qr1e@ =B
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 \BWykA> PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 Q^p|Ldj 9) 点击 键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 T081G`li L=2y57&Y
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 ?u4INZ0W PS:电场振幅在时域中的分布 =0@&GOq 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 `cx]e |IunpZV
PS:转换为真实的场 '(f/~"9B PS:将包络函数转换为真实场 5TBp'7 /s~ 11) 其它场测量工具 "MIq.@8ra kc/{[ME 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 *. 3N=EO 0y<wvLv2C
PS:在输出光场上划定线段 7?B.0>$3>V PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 [4fU+D2\d PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 K1V#cB
WO 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 9]t[J_YM -XRn~=5
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QQ:2987619807
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