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建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 LDEW00zL
Gj19KQ1G
使用工具箱：基本工具箱 h+~df(S.
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脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 yCCw< ?
2{B ( j&{
自由空间传输距离：10mm 4ylDD|) rO
C<t'f(4s`u
VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 (F[/~~
V<2fPDZ
1) 脉冲传输 VNrO(j DUv
04PoBv~g
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 cia-OVX
Kq 4<l
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： 2 \63&C^
2) 复数场 )s< WG}
3V
Mh)
传输时间用 来表示 =ym
CLY6 YB' R
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 25a#eDbqi
\q|7,S,5
脉冲的载波频率为 8| e$
xR|eye R
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： l IV xW+
,+/9K )X
3) 时间傅里叶变换 x , Vh
HKiVE g
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： |5~wwL@LW7
yMbcF DlBr
类似的定义同样适用于复数场 S -6"f /
3 "l
F
4) 包络函数 @0ov!9]Rw-
#5-A &
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： aXIB ) $1
其对应的频域谱为： GL 5^_`n
 VXkAFgO
脉冲在自由空间的传播的模拟 w`j*W$82
*"ykTqa
1) 构建脉冲光源 OgKWgvy
=s0g2Zv"\
4\1wyN /}M
PS:高斯脉冲光谱窗口 R 5K-KSvW
8K.s @<
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 i<#h]o
C}
Eg`R|CF
2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 ApG'jN
XhE$&Ff
STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) ?-8y4
Ex
Sf'i{xye
STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) (F,(]71Z+
,b6kTQq
STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) [_
M6/
n5egKAgA
STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) gb=80 s0
|"CJ
STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 $/[Gys3"
wi\z>'R
STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 ;48P vw>g}
:3a&Pb*PL
3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm ;'=VrE6
 X)Dqeb6
4) 点击▷Go! ，进行场追迹 m\6SG' X
PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 v#<\:|XAg
{A]k%74-a
5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 _kn]#^ucCe PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS：光程分析器窗口 |h^K M
GFd Z`i
6) 点击 ，进行光程分析 3TU'*w
&
|x d@M-l n
PS1：左图为相位vs频率图 h z< |W5
UvPp~N 7,
PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) fd?bU|I_2
6oj4R g+(
7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移PS1：时间偏移量为33.3656ps OlEpid'Z
,'FD}yw4v
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 Az
U|p
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 L "[IOV9S
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 Y*Y&)k6 t
tCWJSi`IJ
9) 点击 键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 )UR1E ?'
PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 R'G'&H{N
PS：电场振幅在时域中的分布 0SJ{@ *
4JGE2ArR
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 m9#}X_&x
PS:转换为真实的场 nHSTeF I?
PS：将包络函数转换为真实场 }US7 N w
GS }0;x
11) 其它场测量工具 }l.KpdRT2
OYBotk]{1
线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 myD{sE2A
PS：在输出光场上划定线段 -&tr k
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 4$%`Qh >yA
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 N\_( w:q
hgj CXl
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 [/?c @N,
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