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建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 :um|nRwy9
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使用工具箱：基本工具箱 AC;V
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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 N\HQN0d9
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自由空间传输距离：10mm *+uHQgn(
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VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 F BpH21|/y
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1) 脉冲传输 Ee@4 %/v
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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 ynw5-aS3
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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： G7)Fk%>
2) 复数场 /v/C<]
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传输时间用 来表示
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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 KN ?6;G{
,R gB$TcE
脉冲的载波频率为 8E4mA5@
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在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： nK$X[KrV'
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3) 时间傅里叶变换 FL8g5I
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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： E@-KGsdhK
b8% C *r7
类似的定义同样适用于复数场 ^-rfvc
jMbC Y07v
4) 包络函数 + J{0 E
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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： E[O<S B
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其对应的频域谱为： NM0tp ) h
 _>=L>*
脉冲在自由空间的传播的模拟 7lS#f1E
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1) 构建脉冲光源 f)g7
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?x+Z)`w_
PS:高斯脉冲光谱窗口 $8p7 D?Y
m$ 9w"8R
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 v3GwD0 0
Qb! PRCHQ
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 !q-f9E4`
HLBkR>e
STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) {t Thy#
t=*@yQ
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STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) ?H_ LX;r
fM #7 y [
STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) nOQa_G]Gz
:>aQ~1f>]
STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) MwfOy@|N
avy"r$v_&
STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 Wd0 [%`dq
_DrJVC~6@
STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 K"u NxZ
0Qv T
3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm {CR 5K9
 i 9g>9
4) 点击▷Go! ，进行场追迹 3:{yJdpg
PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 R/^u/ ~<
pG Sai &
5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 s;1]tD PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS：光程分析器窗口 <$N"q
2kv7UU#q2
6) 点击 ，进行光程分析 ,+g&o^T
Ne $"g[uFU
PS1：左图为相位vs频率图 %L [& ,a
VyRsPg[(
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) fK&e7j`qO
{Qbv R*gv
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 t+?P^Ok
LTJc,3\,
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 $7QoMV 8V
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 =?h~.lo
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 QZX~T|Ckv
Sa"9^_.2#
9) 点击 键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 ^'p|!`:
PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 +[ J/Zw0{
PS：电场振幅在时域中的分布 vA)O {W\o
<*t4D-os
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 pq:7F
PS:转换为真实的场 @$"L:1_
PS：将包络函数转换为真实场 5/gDK+%4D(
Y%|@R3[Nk
11) 其它场测量工具 @\ w,otT
_SACqamo5s
线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 (_r EAEo
PS：在输出光场上划定线段 (~)%Fo9X "
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 QQe;1O
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 G pbC
M~x
SEl#FWR
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 kkvtB<<Y
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