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infotek 2023-05-25 08:25

脉冲的自由空间传输

pEj^x[b`^  
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.  
:n9xH  
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|eyeR  
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 IVxW+  
             ,+/9K)X  
3) 时间傅里叶变换 x, Vh  
HKiVEg  
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  
yMbcFDlBr  
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  
O+o;aa6  
脉冲在自由空间的传播的模拟 w`j*W$82  
*"ykTqa  
1) 构建脉冲光源 OgKWgvy  
=s0g2Zv"\  
4\1wyN /}M  
PS:高斯脉冲光谱窗口 R5K-KSvW  
8K.s@<  
生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 i<#h]o C}  
Eg`R|CF  
2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 ApG'jN  
XhE$&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=80s0  
|"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  
#Rin*HL##  
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-ln  
PS1:左图为相位vs频率图 hz< |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  
6oj4Rg+(  
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 -&trk  
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,  
0;vtdM[_  
+d=~LQ}*  

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