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infotek 2021-09-23 09:37

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 =\FV_4)  
igO,Ge8}  
使用工具箱:基本工具箱 iXPe  
t3 rQ5m  
脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 CzfGb4  
*Sw1b7l  
自由空间传输距离:10mm G$oi>zt3  
3/s" ;Kg,  
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 RQO&F$R=  
vp4NH]fJ  
1) 脉冲传输 Wi2Tg^  
z@Uf@~+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 * LOUf7`  
[k{2)g  
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:
PBOZ^%k  
2) 复数场 htu(R$GSM  
  !XQq*  
传输时间用 来表示 $2/v8  
UAEu.AT  
脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 s ;2ih)[  
chakp!S=  
脉冲的载波频率为 Me2qOc^Z-  
r7Zx<c  
在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是:  Op5S'  
             | IB4-p  
3) 时间傅里叶变换 yFY:D2  
&rfl(&\oUi  
任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: %U?1Gf e  
@;t6Slc"~  
类似的定义同样适用于复数场 Nv5)A=6#AA  
=;(y5c  
4) 包络函数 11YpC;[o  
yllEg9L0z  
VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: "?v{?,@  
其对应的频域谱为: ;!(GwgllD  
TGH"OXV*@  
!]C=5~B BI  
脉冲在自由空间的传播的模拟 P$#{a2  
y Q-{ CJ,  
1) 构建脉冲光源 ),(HCzK`  
wAKm]?zB>  
Xrr3KQaK&  
PS:高斯脉冲光谱窗口 TD-o-*mO  
i_f\dkol  
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ?k$'po*Eq  
l4$Iv:  
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 2bu>j1h  
mX5%6{],  
STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) 9>k_z&<  
*Xl,w2@  
STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) X'J!.Jj  
{ RC&Ub>  
STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) p(6KJK\  
VT [TE  
STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) .]YTS  
4o|<zn  
STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 ; <l#k7/  
t.Yf8Gy  
STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 Q.,2G7[ <  
`8/D$  
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 txik{' :  
=K <`nF0 w  
\:4SN&I~  
4) 点击▷Go! ,进行场追迹 j;BlpRD}  
PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 #QNa| f#=  
+Z e;BKZ3  
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 xmi@ XL@t  
C7Fx V2  
PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 ha?M[Vyw4Q  
6) 点击 ,进行光程分析 Xp[xO0  
[`kk<$=,&  
  
PS1:左图为相位vs频率图 ] @:x<>  
s#H_ QOE  
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) an2Yluc;  
mXs.@u/  
7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 \Oxyc}&  
PS1:时间偏移量为33.3656ps x c]#8K  
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 &B\ sG=  
yoH,4,!G  
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 :%>)S  
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 o Vpq*"  
9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 b|-S;cw  
Eh*(N(`  
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 saTS8p z  
PS:电场振幅在时域中的分布 :DrF)1C  
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*T$n"^  
_2TL>1KZt  
PS:转换为真实的场 l5#SOo\  
PS:将包络函数转换为真实场 [1nUq!uTm  
11) 其它场测量工具 uUb`Fy9  
.C` YO2,  
 线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 Tje(hnN  
wjfq"7Q  
PS:在输出光场上划定线段 {1gT{2/~@  
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 &["e1ki  
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 ]iMqIh"  
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 e%EO/ 2"  
!;;7:!)P  
GT<!e ]=6  
QQ:2987619807
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