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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 正序阅读 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 Vp;^_,  
     fE\;Cbi  
    使用工具箱：基本工具箱 !$:lv)y  
     Lh%>> Ht{  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 Z2yZz:.'  
     m)A~1+M$)L  
    自由空间传输距离：10mm CvwC| AW  
     F8\nAX  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 I e#LZti  
     Y5}<7s\UDO  
    1) 脉冲传输 pZu2[  
     AeqxH1%  
    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 8+Y+\XZG  
    IH;+pN  
    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：     D&0@k'  
    2) 复数场 PKoB~wLH  
     r@_`ob RW;  
    传输时间用 来表示 S C8r.  
     }";\8  
    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 s V70a 3#  
     dF$Fd{\4^  
    脉冲的载波频率为 vHY."$|H  
     Yg5m=Lis  
    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： c=U1/=R5  
                 zV(F9}^  
    3) 时间傅里叶变换 -saisH6  
     ;%r#p v~  
    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： k%iZ..  
    l@ +]XyLj  
    类似的定义同样适用于复数场 DwXzmp[qWH  
     w<?v78sT  
    4) 包络函数 #]ZOi`;  
     gDP\u<2!  
    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： CU3[{a  
    其对应的频域谱为： O`nrXC{  
     `!?SA<a:  
    fmDU  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 n3, ?klK  
     ~ {sRK  
    1) 构建脉冲光源 6~Y-bn"%D5  
    9kcp(  
    zG_e=   
    PS:高斯脉冲光谱窗口 ;dt&* ]wA  
     xP<cF  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 F&r+"O)^-R  
     WN?1J4H  
    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 |Uz?i7z  
     V 0Ul`  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) |];s[^$#  
     rs$sAa*f  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) 3lc'(ts %  
     ~Uw **PT3M  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) A&#P=m j  
     9W ng(ef6G  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) `3!ERQU  
     eWvL(2`Tx  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 >|jSd2_p  
     9Ny{2m=Ye  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 >W,1s  
     Ds|/\cI$%a  
    3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm HFD5* Z~M  
     @q9uU9c  
    L1"y5HJ  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 (`}O!;/E}  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 )--v> *,V  
     %C*oy$.  
    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 lc/q0  
    Km2ppGLNn  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 pqPhtWi%PJ  
    6) 点击 ，进行光程分析 k36%n *4  
    S_cba(0-|\  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 T)Byws  
     9.R)iA  
    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) tp2CMJc{L  
     \HFeEEKH  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 WAlsh  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps _K{hq<g  
    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 *V(TNLIh;  
    '`^<*;w  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 iivuH2/~?[  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 iJ_FJ[ U  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 U@v=q9'W  
     ` INcZr"  
    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 gio'_X  
    PS：电场振幅在时域中的分布 [nBlHI;&  
    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 HABMFv  
     Eh;SH^&6  
    PS:转换为真实的场 ~JY<DW7  
    PS：将包络函数转换为真实场 g:MpN^l  
    11) 其它场测量工具 #"%=7(  
     kBd #=J  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 9aT#7B  
    jJ-j   
    PS：在输出光场上划定线段 SEQ bw](ss  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 (NUwkAO M}  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 v/6QE;BY&Q  
    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 S2/c2  
     o|G.tBpKg  
    rk W*C'2fz  
    QQ：2987619807
     
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