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 i XPe 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 $2/v8 UAEu.AT 脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 s ;2ih)[ chakp!S= 脉冲的载波频率为 Me2qOc^Z- r7Zx<c 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: Op5S' | IB4-p 3) 时间傅里叶变换 yFY:D2 &rfl(&\oUi 任意点 处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: %U?1Gf e @;t6Slc"~ 类似的定义同样适用于复数场 Nv5)A=6#AA =;(y5c 4) 包络函数 11YpC;[o yllEg9L0z VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: "?v{?,@ 其对应的频域谱为: ;!(GwgllD TGH"OXV*@
!]C=5~BBI 脉冲在自由空间的传播的模拟 P$#{a2 y
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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&< *X l,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<`nF0w
\: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#= +Ze;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
C7FxV2 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[x O 0 [`kk<$=,& PS1:左图为相位vs频率图 ]
@:x<> s#H_QOE PS2:由左图可见相位大致随频率线性变化,因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分,剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果,若介质无色散则相位完全线性的随频率变化,剩余相位为零(或任意常数) an2Yluc; mXs.@u/ 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 \Oxyc}&
PS1:时间偏移量为33.3656ps x c]#8K 8) 使用VirtualLab提供的场测量工具,选择点测量(Point Evaluation)即显示某一点上光场的特性 &B\ sG= yoH,4,! G
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 :%>)S PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 o Vpq*" 9) 点击 键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 b|-S;cw Eh*(N(`
PS:输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 sa TS8p z PS:电场振幅在时域中的分布 :DrF)1C 10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数,将包络函数乘以 ,即转换为真实场 F*T$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
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QQ:2987619807
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