建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 UFE~6"t(
a b5i7@Ed 使用工具箱：基本工具箱 p S!N<;OWr
CasFj9, 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 8y Go\\=T
"; ?^gA 自由空间传输距离：10mm Bn
Nu/02.=
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~$&+g VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 D|8h^*Ya
+s5Yg,4*
1) 脉冲传输 ZQ~EaI9R
h-@_.&P0e 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 d`KW]HJw "oCXG`.k&
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： y|%lw%cSe 2) 复数场 68!=`49r>
Rx4O?7; 传输时间用 来表示 gjy:o5{vA*
W tb Om 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 ="[6Z$R
E"%G@,|3* 脉冲的载波频率为 I\VC2U
28 o!>* 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： _MGhG{p7t (a8oI )~ 3) 时间傅里叶变换 u=B,i #>s
K/LoHWy+n* 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： wE IAU >c@1UEwkm 类似的定义同样适用于复数场 v:Z .8m8D
9/50+2F 4) 包络函数 a~; `&Uj
a EqDxr6 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： Z65]| 其对应的频域谱为： a.g:yWL\
, m.IhnCV\ 
f<( ysl1[
l mr:PX 1) 构建脉冲光源 btU:=6 `@i! 'h Amvl/bO PS:高斯脉冲光谱窗口 ,46k8%WW
Hh.l,Z7i7D 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 v"smmQZik
+wg|~Lef h 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 xn 4-^2
T=->~@5 STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) SgPvQ'\
626 !6E;T STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) !`#x FRHe
2M+'9 +k~ STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ~m.@{Do0p
Mi_/
^ STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) ]Syr{ |
2:l8RH!Y STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 gEU|Bx/!=
\LpR7D STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 QWV12t$v
m339Y2%= 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm @ s;qmBX4
J.QFrIB{]+ 
K PSHBv-#
ri k0F 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 7B,a xkr 
:vk TV~ PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 O
o+pi$W
6) 点击
，进行光程分析 Q)s [ls 11(:# 4Y, PS1：左图为相位vs频率图 qE&R.I!o
Wc+)EX~KS 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) 9vZD ?6D,n
g",htYoEnj 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 F"<TV&xf PS1：时间偏移量为33.3656ps Q5H!
^RQm
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 8vLaSZ="[ P[E5e+ A) PS:在中心位置处测量光场随波长变化 >3a<#s{%
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 =
j,Hxq
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 $ RDwy)9
Xo:!U=m/# 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 !w8 t`Z['
PS：电场振幅在时域中的分布 R6A {u (
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 M3U*'A\
~S, R`wo PS:转换为真实的场 |ao vZ/b4
PS：将包络函数转换为真实场 :q0TS>l
11) 其它场测量工具 _Fz]QxO
Pn*+g!` 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 8(Ab
NQ dyz)22{\!` PS：在输出光场上划定线段 zMf .
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 ,MxTT!9Su
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 {T^"`%[
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 .W#-Cl&n8
Az}.Z' LJ kIlc$:K^
QQ：2987619807
