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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-12-28
    建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 9HMW!DSK`  
     +js3o@Ku{\  
    使用工具箱：基本工具箱 0 [6llcuj  
     Yo0%5 noz  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 xo{f"8}^  
     E:BEQ:(~L  
    自由空间传输距离：10mm !NuYx9L?L  
     :&$4&\_F  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 oiAU}iK:  
     B.fLgQK0  
    1) 脉冲传输 }D.?O,ue  
     =y>P>&sI  
    作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 (?-5p;  
    5xW)nEV  
    VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下：     ll;#4~iA  
    2) 复数场 20gPx;  
     =!NYvwg6;o  
    传输时间用 来表示 =DTn9}u  
     #|*;~:fz  
    脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 CaNZScnZ  
     h`&@>uEiq  
    脉冲的载波频率为 :6LOb f\01  
     uF5d ]{Qt  
    在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： ko!38BH`/  
                 M"F?'zTkJ  
    3) 时间傅里叶变换 Y.rHl4  
     6Nx TW  
    任意点处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： %z! w- u+  
    9Vk61x6  
    类似的定义同样适用于复数场 @Zd+XWFw  
     ;}IF'ANA  
    4) 包络函数 77/y{#Sk  
     yAEOn/.~  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： "d'xT/l "  
    其对应的频域谱为： (omdmT%D  
     Rf2/[  
    'ntb.S)  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 q ,d]i/T  
     rBs7,h  
    1) 构建脉冲光源 pPCxa#OV  
    E=gD{1,?  
    uR)itmc?  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 93fKv  
     9<<$uf.B  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 )?'sw5C  
     Szi4M&!K  
    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 Y'/`?CK  
     6f 6_ztTL  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) ;~z>GJox  
     `6j?2plZ  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) FVG|5'V^  
     4q@o4C<0  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) W_8 FzXA  
     `(;d+fof  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) MS^,h>KI  
     2bX!-h  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 &m8B%9w  
     D]y6*Ha  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 _KmpC>J+  
     ml=1R >#'  
    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 EN.yU!N.4  
     UkNC|#l)  
    H?40yu2m5  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 sLbz@54  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 o)}b Fw  
     f;u;hQxs  
    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 WbH/K]/1)h  
    :;0?;dpO  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 9ciL<'H\  
    6) 点击 ，进行光程分析 9][Mw[k>  
    a-!"m  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 b,T=0W  
     Si]Z`_  
    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)  4EB$e?  
     w0/W=!_  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 ]CC~Eo-%-  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps 6El%T]^  
    8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 86%weU/*  
    ~ezCE4^&  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 ie.cTTOI  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 (-dJ0!  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 4Hzbb#  
     A9l^S|r  
    PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 "r"]NyM  
    PS：电场振幅在时域中的分布 m}uF&|5  
    10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 aqzvT5*8%  
     W]Ph:O ^5c  
    PS:转换为真实的场 AU'{aC+p  
    PS：将包络函数转换为真实场 ?U-p jjM  
    11) 其它场测量工具 ;;nmF#  
     m(OBk;S~   
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 ^* DKF  
    ui 2RTAb  
    PS：在输出光场上划定线段 s vo^#V~h'  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 GUN<ZOYb=  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 bjT0Fi0-  
    12) 对其进行逆向时间傅里叶变换，得到该线段上每一点的包络函数 {{EQM +  
     _4E+7+  
    M$&>"%Oi  
    QQ：2987619807
     
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