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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 YSh@+AN  
7tbY>U8  
使用工具箱:基本工具箱 *\(MG|S  
>t_h/:JZ)  
脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 ?KtF!:_C  
(Z0_e&=*  
自由空间传输距离:10mm g\% Z+Dc  
M u i\E  
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 CkV5PU  
,gpZz$Ef(  
1) 脉冲传输 'Qh1$X)R7a  
} J[Z)u  
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 @ry/zG#  
lvsj4 cT  
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:
E<l/o5<nC  
2) 复数场 ]h?q1    
H76iBJ66  
传输时间用 来表示 |M&4[ka}  
;1HzY\d%<  
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 B<Q)z5KK  
H$+@O-  
脉冲的载波频率为 Vu,e ]@  
%tMx48'N  
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: Mg~4) DW]  
             EE^x34&=  
3) 时间傅里叶变换 {h=gnR-9  
:h(` eC  
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: T]JmnCX>:  
$nb.[si\  
类似的定义同样适用于复数场 o_1N "o%  
]rv4O@||w  
4) 包络函数 %q}[ZD/HD  
GsmXcBzDw2  
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: egvb#:zW?  
其对应的频域谱为: 6`@b@Kd  
$AT@r"  
;=7K*npT  
脉冲在自由空间的传播的模拟 au04F]-|j8  
u&w})`+u5  
1) 构建脉冲光源 '4nJ*Xa  
d[>HxPwo  
~o>Gm>5!HH  
PS:高斯脉冲光谱窗口 m<49<O6o  
 vTgx7gP  
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 *E*oWb]H  
vQ L$.A3>  
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 J\Hv42  
i!zFW-*5  
STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) qVKdc*R-  
qm3H/cC9+  
STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 1X[^^p~^  
fd4C8>*7G  
STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) 3 3|t5Ia  
=gs-#\%  
STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) +U1 Ir5Lx  
=#/Kg_RKL  
STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 d\ 8v VZ  
&iInru3  
STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 #R{>@]x`  
[lg!*  
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 *I)J%#  
+i!5<nn  
d)e mTXB(  
4) 点击▷Go! ,进行场追迹 00.x*v  
PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 Jup)A`64  
:{#O   
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 QXZyiJX}  
UWF \Vx*)b  
PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 _Z Sp$>)/  
6) 点击 ,进行光程分析 Bz<hP*.O  
Lx wi"ndP  
  
PS1:左图为相位vs频率图 aknIrblS\  
d?8OY  
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) HJ]xZ83pC  
;U|(rM;  
7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 bDM},(  
PS1:时间偏移量为33.3656ps a$ "nNmD?  
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.-x2Zg},  
W48RZghmx  
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 jZ |M$I3*  
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 uhh7Ft#H  
9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 `UTPX'Vz  
>!t3~q1Cn  
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 dMH_:jb  
PS:电场振幅在时域中的分布 $ ]s^M=8  
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#gA2VCm  
3uocAmY  
PS:转换为真实的场 Z0fa;%:  
PS:将包络函数转换为真实场 {5~h   
11) 其它场测量工具 &em~+83  
n@8Y6+7i  
 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 oI;ho6y)  
orFwy!  
PS:在输出光场上划定线段 dS ojq6M  
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 y#j7vO  
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 taE p   
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 nzC *mPX8  
s/tLY/U/  
Gr\ ]6  
QQ:2987619807
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