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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 =k3QymA  
    oDKgW?x  
    使用工具箱:基本工具箱 9Ki86  
    e<iTU?eJM  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 O}IS{/^7  
    'DntZK  
    自由空间传输距离:10mm 6kIq6rWF9  
    f 4!^0%l  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 ,!sAr;Rk`  
    JK,#dA#  
    1) 脉冲传输 ;#r tV;  
    V!]e#QH;  
    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`/[\K6  
    k E6\G}zj  
    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:
    &S3szhe  
    2) 复数场 LoBKR c2t  
    tC|5;'m.2  
    传输时间用 来表示 IO v4Zx<)  
    %[NefA(  
    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 `pII-dSC%  
    >A2& Mjo  
    脉冲的载波频率为 /91H! s  
    ]S;e#u{QE  
    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: 3b%y+?-{\u  
                 H26 j]kY  
    3) 时间傅里叶变换 #i)h0ML/e  
    >OiC].1   
    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: Eq'{uV:  
    \ZCc~muR  
    类似的定义同样适用于复数场 IXd&$h]Lq  
    *dUnP{6g  
    4) 包络函数 S&.DpsK  
    H3 `%#wQ0j  
    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: Jc{zi^)(EN  
    其对应的频域谱为: Kpj0IfC,10  
    =_ -@1 1a  
    0{AVH/S  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 eN}FBX#'  
    tk1qgjE(?  
    1) 构建脉冲光源 !u4oo-  
    d&R/fIm  
    hr]NW>;  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 3=;iC6 `  
    CHBCi) '6h  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ;y"E}h  
    o^DiIo or  
    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 wW!*"z  
    HnOp*FP  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) "%>/rh2Iq  
    $lV0TCgba8  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) sVh!5fby&  
    RJBNY;0  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) m0=CD  
    \B2=E  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) wXNFL9F8  
    I?F^c6M=  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 HESwz{eSS  
    /6L\`\g  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 7/aJ?:gX  
    r,yhc =  
    3) 选择虚拟屏作为探测器,并将光源与虚拟屏连接起来,二者间距离设置为10mm VQqEsnkz  
    V3I&0P k  
    >@T ZYdl  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 oVmGZhkA@'  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 {I(Euk>lR  
    9LCV"xgX  
    5) 引入光程分析器(Optical Path Length Analyzer,以下简称OPLA),以获取脉冲的时间偏移 M[TgNWl/[  
    o*r\&!NIw  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 b.ow0WYe  
    6) 点击 ,进行光程分析 ] J:^$]  
    8 kd  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 $!KV]]  
    v*3ezf\  
    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) WW==  
    LD^V="d  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 t0}3QGf;c  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps >@y5R^B`  
    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 VN`2bp>5I  
    Y.Gr(]tk  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 !:e}d+F  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 ]S%qfna e1  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 pD`7N<F 3  
    r6MQ|@  
    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 5:56l>0  
    PS:电场振幅在时域中的分布 :K2N7?shA  
    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 4MIL# 1s  
    Hh54&YKZ  
    PS:转换为真实的场 .c~;/@{  
    PS:将包络函数转换为真实场 :5h&f  
    11) 其它场测量工具 \zgRzO'N  
    fqvA0"tv  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 T#er5WOH  
    VA2%2g2n{  
    PS:在输出光场上划定线段 o.Q |%&1  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 xNq&_oY7  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 1Qf5H!5vx  
    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 i"|'p/9@q  
    7{<t]wQq  
    / ^!(rHf  
    QQ:2987619807
     
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