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建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 )UA kg
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使用工具箱：基本工具箱 , nz3S5~
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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 ;@V1*7 y
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自由空间传输距离：10mm X"O^4MnvI
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VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 T/ TMi&:?.
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1) 脉冲传输 XcM.<Dn3
::2(pgH
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 HR$; QHl~F
{=<m^
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VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： W,ik ;P\
2) 复数场 .0iHI3i^
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传输时间用 来表示 6'qu[ ~ }Q
2*}qQ0J
脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 DI7g- h8`
CyD)=e {
脉冲的载波频率为 n0tVAH'>
A,]%*kg2
在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： B dKD%CJ[
pDM95.6
3) 时间傅里叶变换 x0$# 8
R>dd#`r"
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： 9y( 491"o
<-F[q'!C1
类似的定义同样适用于复数场 L2\ NTNY
X^9eCj; c
4) 包络函数 eGQ -Ht,N
"*G p@
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： [WW ~SOJe
其对应的频域谱为： od RtJ[
 L}\~ )
脉冲在自由空间的传播的模拟 y$U(oIU>
3jDAj!_e a
1) 构建脉冲光源 ,8Q&X~$rY
#D|n6[Y'.t
G'f5MP 1
PS:高斯脉冲光谱窗口 ;cp,d~m rf
[LDY;k~5+
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ^Rc*X'Iz(!
'rDai [
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 <zt124y-6
8KHT"uc'*J
STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) <T+{)FV
']DUC u
STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) %2^wyVkq:
QI*< MF,1
STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) Qkb=KS%z
W?X3 :1c9:
STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) xvTz|Y
*m*sg64Zw
STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 { {@*
,'&H`h54
STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 !"<~n-$B
w '7=CzfYn
3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm _BHEK
 8ib%CYR
4) 点击▷Go! ，进行场追迹 4rrR ;V"}
PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 ] 3]=RuQK2
Zgt(zh_l
5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 Js /QL=, PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS：光程分析器窗口 Aqo90(jffx
e"&QQ-q
6) 点击 ，进行光程分析 3o BR
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PS1：左图为相位vs频率图 5[Uv%A?H#_
yoG*c%3V?
PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) BV=~ !tsl
{fa3"k_ke
7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移PS1：时间偏移量为33.3656ps t[o_!fmxZ
*cAI gO7
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 .JX9(#Uk
PS:在中心位置处测量光场随波长变化 FA!!S`{\
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 DT vCx6:!
Fx )BMP
9) 点击 键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换
{[dY$
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 I`;SA~5
PS：电场振幅在时域中的分布 k8 z1AP
bW^ C30m
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 _B Z6Ws$C2
PS:转换为真实的场 f"SK3hI$ p
PS：将包络函数转换为真实场 uYC1}Y5N
B}0!b7!
11) 其它场测量工具 Ui .S)\B
(9Q@I8}Iy
线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 "/Pq/\,R|
PS：在输出光场上划定线段 c3.;o
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 n Xw98;
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 w|c200Is}e
S? #6{rx
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 |=AaGJx
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