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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 dtt~ Bd  
J @IS\9O  
使用工具箱:基本工具箱 Xd `vDgD  
C#0Qd%  
脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 ~a9W3b4j  
*Mc7f?H  
自由空间传输距离:10mm rVnd0K  
-V.d?A4"  
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 $.%rAa_H  
!^c@shLN4  
1) 脉冲传输  l! bv^  
Wi. 5Y{  
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 )RgGcHT@  
 >w6taX  
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:
*XOJnyC_H  
2) 复数场 xGk6n4Gg  
$tqJ/:I  
传输时间用 来表示 26?W nu60  
I{'f|+1  
脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 k;W@LfP  
nuQ]8 -,  
脉冲的载波频率为 hB;VCg8  
9p* gU[  
在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: Elj_,z  
             2-*V=El  
3) 时间傅里叶变换 SymwAS+  
:nN1e  
任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: CK+d!Eg  
+avMX&%  
类似的定义同样适用于复数场 :(|'S4z  
?tdd3ai>  
4) 包络函数 VZka}7a  
? 8aaD>OR$  
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: 7R.Q Ql  
其对应的频域谱为: W<ZK,kv  
\2-@'^i  
!`JHH&  
脉冲在自由空间的传播的模拟 4LcX<B U9  
`A$!]&[~|  
1) 构建脉冲光源 Ox!U8g8c  
QS.>0i/7l  
[&[^G25  
PS:高斯脉冲光谱窗口 sAn0bX  
gU^$Sx7'  
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 `^JJ&)4iv  
Qp,DL@mp>8  
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 #eZ6)i<  
KOq;jH{$  
STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) sZWaV4  
J&/lx${  
STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) RgdysyB  
l- pe4x  
STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) b+-f.!j  
W W2Ob*  
STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) mP38T{  
rB~W Iu  
STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 3ya1'qUC  
,d+fDmm3  
STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 0 S_':r   
,21 np  
3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm eivtH P  
4D%9Rc0 G  
`(+o=HsD  
4) 点击▷Go! ,进行场追迹 {CG_P,FO  
PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 ,B(7\  
7'-Lp@an  
5) 引入光程分析器(Optical Path Length Analyzer,以下简称OPLA),以获取脉冲的时间偏移 PjT=$]  
a {}|Bf<  
PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 Md6]R-l@  
6) 点击 ,进行光程分析 "vCM}F  
aV o;~h~  
  
PS1:左图为相位vs频率图 l.\re"Q  
)D'^3) FF  
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) UX3BeUi.)  
pMg3fUIM  
7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 &C im!I  
PS1:时间偏移量为33.3656ps `~eX55W  
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 _zt1 9%Wg  
V@7KsB  
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 tkQH\5  
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 KTvzOI8  
9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 YCe7<3>J4  
G2LK]  
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 &R|/t :DN  
PS:电场振幅在时域中的分布 GLn{s  
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/m^?{==~*  
#j#_cImE  
PS:转换为真实的场 BR^7_q4q  
PS:将包络函数转换为真实场 SvN9aD1  
11) 其它场测量工具 9!9Z~ /*m  
g-`~eG28D5  
 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 72sD0)?A  
pME{jD  
PS:在输出光场上划定线段 FJ*i\Q/D  
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 RsU3Gi_Zdz  
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 R(P%Csbqh  
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 mS#zraJn5  
LA_3=@2.H  
i |{Dd%4vK  
QQ:2987619807
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