脉冲的自由空间传输

&N4Jpa}w/%   建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ev~/Hf   ,{DZvif    使用工具箱：基本工具箱 k |}&   7OuzQzhcK   脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 CR8a)X4j#   y.,S}7l:   自由空间传输距离：10mm '](4g/%   !Rp   VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 EC9D.afy&   >d#oJ?goX   1) 脉冲传输 T}')QC&wQ   s&(,_34   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 mBWE^   nADt8   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+';Xk\   2) 复数场 5A|4   Cwo(%Wc   传输时间用 来表示 kg@D?VqJP   >JdA,i}1   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 "p]Fq,   _<Hx1l~   脉冲的载波频率为 F:$Dz?F0v   cfZG3"   在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： m ,B,dqT                O5}/OH|j   3) 时间傅里叶变换 Hgu:*iYA   jC_7cAsl   任意点处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： Y)D~@|D,   F\pw0^K;N   类似的定义同样适用于复数场 1X-KuGaD   z9> yg_Q   4) 包络函数 Z)iRc$;   >| d^   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： t:A,p T3   其对应的频域谱为： "= H.$ +   -Vj'QqZ   lo}[o0X   脉冲在自由空间的传播的模拟 _W@SCV)yH   X`,4pSQ;   1) 构建脉冲光源 iC U[X&   }h+_kRQ   B_f0-nKP   PS:高斯脉冲光谱窗口 !83x,*O   >)I h[0~M   生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 `i{k^Q   ~&E|;\G   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 fVR:m`'Iq_   j s(E-d/   STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) R=D\VIu,Z   3J\NkaSR   STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) ^iaeY jI   ` eB-C//   STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) 3YY<2<    !U02>X    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) )B d`N^k+   ] o!#]]   STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 wf7<#jIq    9"yBO`   STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 Z=: oIAe   Pn{yk`6E   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 lYd#pNN   ^q"wd?((h   $s2-O!P?   4) 点击▷Go! ，进行场追迹 (xU+Y1*g"%   PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 oz}p]l7   &`7~vA&c   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 CK e   PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS：光程分析器窗口 1fbd/-h   mB(*)PwZ   6) 点击 ，进行光程分析 :oB4\/(G#      Ow\9vf6H   PS1：左图为相位vs频率图 7YRDQjg   @LY 5]og   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) -X@;"0v   ?`F")y   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 hp(n;(OR   S(A0),   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 $ql-"BB   PS:在中心位置处测量光场随波长变化 syh0E=If_   PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 Vvx(7p-GQ   PMZdz>>T   9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 ~H0~5v F   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 $8&HpX#h$   PS：电场振幅在时域中的分布 )!dELS\ix   F~d !Ub$>   10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 TJY$<:   PS:转换为真实的场 e,E;\x &   PS：将包络函数转换为真实场 tYfhKJzGC   3w ) S=4lB   11) 其它场测量工具 *9^CgLF   4x'^?0H@    线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 mxHNK4/   PS：在输出光场上划定线段 'OGOT0(   PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 ~4}m'#!   PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 kyJv,!};   ?HIc=   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 eEsEW<su

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