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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 =xHzhh  
     aw'o=/a8  
    使用工具箱：基本工具箱 #K[6Ai=We}  
     K db:Q0B  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 [~IFg~*,  
     %0Ke4c  
    自由空间传输距离：10mm (k5d.E]CK  
     !tv+,l&L  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 TZS:(MJ9M  
     )'t&LWS~  
    1) 脉冲传输 P;l D ri  
     T#R*]  
    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 EcmyY,w  
    J k FZd  
    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：     j2,w1f}T  
    2) 复数场 *Y9'tHI  
     L)/^%/!  
    传输时间用 来表示 >WW5;7$  
     83YQ c  
    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 [5jXYqD=vj  
     g 2&P  
    脉冲的载波频率为 hvU\l`m  
     _,]@xFCOH  
    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： -#"7F:N1  
                 N'RUtFqj   
    3) 时间傅里叶变换 23[XmBf  
     C*,PH!$k  
    任意点处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： q#!c6lG  
    &Kc'g H  
    类似的定义同样适用于复数场 e.pq6D5  
     c9N5c  
    4) 包络函数 )qV&sru.$  
     8qQrJFm|3*  
    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： S.A|(?x  
    其对应的频域谱为： ]u@`XVEJ  
     gpzZs<ST  
    *Wz\FixP0  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 ?o6\>[O  
     s~MCt|a  
    1) 构建脉冲光源 ?{*/VJl$  
    wZ =*ejo  
    "?TKz:9r  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 F {T\UX  
     #^&.*' z%z  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 n aB`@  
     h O}nc$S  
    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 5Dlx]_  
     Qp]-4%^Vz  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave)  #mcU);s  
     \mp5G&+/Q  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 1*J#:|({(  
     gdfG3d$4  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) y1 53ax  
     p?zh4:\F+  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) @s/0 .7  
     F|t_&$Is?  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 _ 0Ced&i  
     oc3}L^aD  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 3teanU`  
     qo" _w%{  
    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 Rk.GrLp  
     P",E/beV  
    !~~j&+hK\  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 6$^dOJ_"  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 y()Si\9v  
     3?R QPP  
    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 ;BMm47<  
    &BDdJwE  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 YKsc[~ h  
    6) 点击 ，进行光程分析 Rr>h8Ni <  
    #XlE_XD  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 ^  M4-O~  
     vAMr&[  
    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) [5Dg%?x  
     AE"E($S`  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 SMdkD]{g  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps HGjGV]N5  
    8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 ib%x&?||  
    )c$)am\I{  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 `e!hT@Xxa  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 ?hQ,'M2  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 h8MkfHH7{  
     TGJ\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 @.fyOyOC  
    PS：电场振幅在时域中的分布 1#3 Qa{i  
    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 CxOBH89(  
     mTW@E#)n  
    PS:转换为真实的场 dn1Tu6f;|  
    PS：将包络函数转换为真实场 nBVknyMFNF  
    11) 其它场测量工具 An%V>a-[  
     @Sl!p)  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 5E+k}S]M$  
    S-Y(Vn4  
    PS：在输出光场上划定线段 *I}_B\kY  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 Q b|.;_  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 mJ%r2$/*  
    12) 对其进行逆向时间傅里叶变换，得到该线段上每一点的包络函数 !r8Jo{(pb  
     nd] AvVS  
    7BX%z$_)A  
    QQ：2987619807
     
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