建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 bA\ <.d
W5?yy>S 6N 使用工具箱：基本工具箱 vr0WS3
~.A)bp 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 'a$G v&fu
YhOlx ON 自由空间传输距离：10mm HHq_P/'
6b %WHLUeT VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 JL\w_v
[|P!{?A43| 1) 脉冲传输 Q2 zjZC*'%
@fs`= lL/ 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 (S xR`QP?, I4i2+
*l}
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： _@
*+~9%8p 2) 复数场 2WtRJi?b|
uHAT#\m: 传输时间用 来表示 xEf'Bmebk
##@$|6 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 Fx5d:!]:$?
y]J89
脉冲的载波频率为 {Z h>mHW3
K$ M^gh0 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： kqce[hgs< qHNE8\9 3) 时间傅里叶变换 w"OP8KA:^T
pY _s*0_ 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： e*bH0'; q wD68tG$ 类似的定义同样适用于复数场 Vs%|pIV
fO0(Z 4) 包络函数 ]%BWIqbr
/e]'u&a 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： ?;vgU O 其对应的频域谱为： ? [)}l9
%g1,N k 
]UH`Pdlt
$/=nU*pd 1) 构建脉冲光源 ccLq+a| t Z ` z d}JP!xf% PS:高斯脉冲光谱窗口 K4]g[z
-O&CI) `;B 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 +)j 1.X
W
D
T]! 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 :WSDf VX
tID%}Z v STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) =JKv:</.G
3 &6#F"7 STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) ^| /] (
~=KJzOS,S STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) {dL?rQ>5L
lW(px^&IN STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) QHWBAGA
X= Ys<TM, STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 #]#sGmW/L
wMdal:n^ STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 Wm);C~Le
-S$1Yn 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm em\ 9'L^
#
eCjn 
uk v tQz)
4#5:~M } 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 jL^ ](J> 
OM|Fwr$ PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 F29v a
6) 点击
，进行光程分析 4'6`Ll|iq 1fo
U PS1：左图为相位vs频率图 z f wS
M/q E2L[y 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) )r[&RGz6
?Q-h n:F) 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 @FC"nM
PS1：时间偏移量为33.3656ps e]T`ot#/
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 ZxlAk+<] f{"8g"[[)( PS:在中心位置处测量光场随波长变化 7C$
5
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 p/2j h &
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 p_UlK8rb
j:}D Bk 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 0]D{Va
PS：电场振幅在时域中的分布 O/.Uh`T`6
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 rz "txN
xGU(n _ Y PS:转换为真实的场 {
.*y
PS：将包络函数转换为真实场 Z0`T\ay
11) 其它场测量工具 E;d7 ch
>@ YtDl8R 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 P\]B< @x eAc0.^ PS：在输出光场上划定线段 Y!WG)u5
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化
.AYj'Y
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 z NY)'
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 #-8\JEn
TZt jbD>B }U
SC1J
QQ：2987619807
