脉冲的自由空间传输

 u!(|y9p   建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 ^-DK<jZ^   xed$z   使用工具箱：基本工具箱 K|iNEhuc   \-^3Pe,   脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 kns[b [!H   3'8~H]<W   自由空间传输距离：10mm il:""x7^y   4WLB,<b}   VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 + EM '-   D`u{U]   1) 脉冲传输 1UOFTI2S|   \o/oM,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 ~!@a   (q)W<GYP   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： t ,0~5>5   2) 复数场 kM.zX|_   ;(z0r_p<q   传输时间用 来表示 &`@K/Nf$9   /gxwp:&lY   脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 5'X.Z:   ur;8uv2o   脉冲的载波频率为 oC[$PPqX#   w!61k \   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： #fQStO                TtHqdKL   3) 时间傅里叶变换 5WEF^1   LcQ\d*   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： B7cXbUAQs   *\emRI>   类似的定义同样适用于复数场 ^X^4R1V)   ?>2k>~xlQ   4) 包络函数 W}Z'zU?[   k5 ((@[   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： Y6+nfh_   其对应的频域谱为： y:xZ(RgfF   9\V^q9l   tip\vS)   脉冲在自由空间的传播的模拟 8dP^zjPj   O3Yv ->#   1) 构建脉冲光源 ?,]25q    ~h -0rE   _E3*;   PS:高斯脉冲光谱窗口 TC'tui   :dK/}S0   生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 LEG y1L   VGkwrS;+I   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 PC/Oo~Gx   fs\l*nBig   STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) ,'[0tl}8K   0X.pI1jCO   STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Dr&2qX!   S-GcH   STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) SZNM$X|T   Iell`;   STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) .cjSgK1   u`3J2,.   STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 e+j7dmGa   fQM:NI?9?   STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 Ab/gY$l   |X0h-kX4   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 ;mu^WIj   V0XQG}   xh,};TS(K   4) 点击▷Go! ，进行场追迹 82{Lx7pI   PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 8A#qbBD   ihdN{Mx<2   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 <`}Oi5nW   PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA) PS：光程分析器窗口 '(r/@%=U   ,E<(K8   6) 点击 ，进行光程分析 'gI q_t|^      W$=Ad *   PS1：左图为相位vs频率图 NJRk##Z   *F[@lY\p   PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) 1^jGSB.%A   @lRT p   7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 PS1：时间偏移量为33.3656ps [> Q+=(l   8>%:MS"   8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 9Ra*bP ]1   PS:在中心位置处测量光场随波长变化 rO HU)2   PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 u_shC"X:   .5Sw   9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 wylbs@   PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 ~.;+uH<i   PS：电场振幅在时域中的分布 fMgB!y"Em   CY"&@v1   10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 M{w[hV   PS:转换为真实的场 LlKvi_z   PS：将包络函数转换为真实场 [uqe|< :   ]?tC+UKb   11) 其它场测量工具 fyaiRn9/   ,rc?,J1l    线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 bk^W]<:z`   PS：在输出光场上划定线段 1j"_@?H[   PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 'RZ=A+%X   PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 cAnL,?_v   oe$&X&   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 |,#DB

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