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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-09-23
    建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 NQfIY`lt'  
     oW]&]*>J  
    使用工具箱：基本工具箱 f.jAJ; N>  
     `Uk,5F5   
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 zi>f436-  
     .WL507*"Ce  
    自由空间传输距离：10mm @ x*#7Y  
     B4R,[WE"  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 mS~3QV  
     `j>qOT  
    1) 脉冲传输 Lu:!vTRmw  
     @=wAk5[IN  
    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 81W})q8  
    $ O!f*lG  
    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：     k9 *0xukJ  
    2) 复数场 SATZ!  
     ">fgoDQ  
    传输时间用 来表示 #<'/s qL  
     W \f7fVU  
    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 lYw A5|+  
     =hl-c  
    脉冲的载波频率为 ^ioTd  
     g8kw|BgnL  
    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： !.t'3~dUf$  
                 *C\4%l   
    3) 时间傅里叶变换 [RpFC4W  
     U}A+jJ  
    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： WgPL4D9=  
    $E7yJ|p{  
    类似的定义同样适用于复数场 Xkv>@7ec  
     1}jE?{V*  
    4) 包络函数 X<9DE!/)  
     W>@%d`>o5  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： rW\~sTH  
    其对应的频域谱为： B8s|VI  
     =m/2)R{  
     Mx r#  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 jilO%  "  
     rkD4}jV  
    1) 构建脉冲光源 0>e>G(4(8  
    d'3'{C|kk  
    BK /;H G  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 RmNF]"3%  
     rz7yAm  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 [\.>BK  
      %ANPv=  
    2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 h,p&/oU4U  
     ^cAJCbp7  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) oNCDG|8z  
     shn-Es*  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) t!iF(R\  
     }bnkTC  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) b5)>h  
     / 9;Pbxn  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) ZRQPOy  
     ;q^YDZ'  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 J2cNwhZ  
     11-uJVO~*  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 v Cmh3TQ  
     9=}/t9k  
    3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm G? _,(  
     2mT+@G  
    *|3z($*U]  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 O71rLk;  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 <?7~,#AK  
      Uh8ieb  
    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 PJ.jgN(r  
    #FQVhgc  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 CFA>  
    6) 点击 ，进行光程分析 DtN6.9H2`  
    E<4}mSn)  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 0z xeA +U  
     [*<&]^  
    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) >k jJq]A2  
     Dm^kuTIG  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 +=8Po'E^!d  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps SYwNx">Bq  
    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 $3Ia+O   
    0cbF.Um8  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 }<S2W\,G  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 NEH$&%OV?  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 n 3]y$wK  
     .KSGma6]  
    PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 [P,nW/H  
    PS：电场振幅在时域中的分布 1GdgF?4  
    10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 7L6M#B[)e5  
     1mV0AE538  
    PS:转换为真实的场 Uwk|M?94  
    PS：将包络函数转换为真实场 aKy|$ {RC  
    11) 其它场测量工具 {cI<4><  
     w6Q]?p+  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 `QF|> N  
    T}TP.!0E  
    PS：在输出光场上划定线段 $gTPW,~s[  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 19t*THgq  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 Sx"I]N  
    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 u2Obb`p S  
     q}i87a;m  
    J_@4J7  
    QQ：2987619807
     
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