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 q%(EYM5Y 2)X4y"l 使用工具箱:基本工具箱 G{Yz8]m y [#pC<^ 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 WWKvh ;5_{MCPM 自由空间传输距离:10mm t5B7I59 JyL a#\ R VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 uo\ .7[1
n">u mM;Eh 1) 脉冲传输 =U8Ek;Drp Q=mI9 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 ]rehW} VhL{'w7f 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: ]z/Zq 2) 复数场 Ub1hHA*) Y;4!i?el 传输时间用 来表示 3`E=#ff% vhbDb)J 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 te|?)j gr-9l0u 脉冲的载波频率为 Fm\"{)V:b E 99hlY~1: 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: qgIb/6;xQ >Y7a4~ufko 3) 时间傅里叶变换 [^CV>RuO 1 `^Rdi0 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:
$`ZzvZ'r z>sbr<doa 类似的定义同样适用于复数场 9.'h^#C +#U|skl 4) 包络函数 !+>v[(OzM =4V&*go*\ VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: _Zk{! 其对应的频域谱为: O[tvR:Nh k@zy
oSiMpQu08 脉冲在自由空间的传播的模拟 A.<H>=Z#O rX_@Ihv' 1) 构建脉冲光源 T134ZXqqz 8fA_p}wp Z^ }mp@j> PS:高斯脉冲光谱窗口 KT]Pw\y5 rpeJkG@+ 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 CYOI.#m2 >U F 2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 U*90m~) 8.F~k~srA STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) u]}s)SmDk oFOnjK"|F STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) +"9hWb5 n]8<DX99Q0 STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) z/i+EE dJ$"l|$$ STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) )`^p%k [MuEoWrq(} STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 f0Bto/,>~ &zs'/xv] STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 vJAZ%aW 3u%{dG a 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 P[s8JDqu *~w[eH!!
+`?Y?L^
J 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 KNH1#30 K PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 [O:
!(Gje /}-CvSR 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 !i=nSqW
9 \^|6k, PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS:光程分析器窗口 j xYc2 6) 点击 ,进行光程分析 !w&kyW?e R<B7K?SxV~ PS1:左图为相位vs频率图 @&[T _l M'_9A 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) ve&zcSeb IIy~[4dW 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 ;WldHaZ9r
PS1:时间偏移量为33.3656ps OyqNLR 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 IIq1\khh Ivb4P`{
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 *L!!]Q2c PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 ]9\!;Bz^J 9) 点击 键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 >}(CEzc8 |HZTN"
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 :O5og[;b PS:电场振幅在时域中的分布 EI\9_}@, 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 y\&>ZyOY 52o x`t|
PS:转换为真实的场 4
B*0M PS:将包络函数转换为真实场 41fJ%f`
G 11) 其它场测量工具 eI@
q|"U id$Ul?z8 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 NH3cq Y@ZaJ@%9@
PS:在输出光场上划定线段 s|D>- PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 iDf,e Kk$' PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 ]THPSw_y8 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 5+fLeC; Hk|0HL
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QQ:2987619807
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