建模目的:使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 wl5!f|
z@<`] 使用工具箱:基本工具箱 h'kgL~+$
m=j7 vb 脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 pw&l.t6.
r 97 VX> 自由空间传输距离:10mm {!6!z,
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#ocp VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 T7!a@
46}/C5 1) 脉冲传输 -
n11L
3haY{CEr 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 HOu<,9?>Q r=qb[4HiV
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: f]o DZO%^ 2) 复数场 e2/&X;2
::adT= 传输时间用 来表示 - +
$u
wIi(p5* 脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 (lEWnf=2h
QD /| zi 脉冲的载波频率为 ("H:T?4Qs
Kw925@W 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: PO |p53 OL=IUg" 3) 时间傅里叶变换 Rn-L:o@?
G^ n|9)CVW 任意点
处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: 1Pn!{ bU3@ jC;XY !d6 类似的定义同样适用于复数场 #lV&U
V-J\!CHX 4) 包络函数 @@!t$dD
?^,GaZ^V 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: ^R K[-tVV 其对应的频域谱为: Q"QrbU
l2n>Wce9
ilzR/DJ Ma 脉冲在自由空间的传播的模拟 qYbod+UX
.Jou09+ 1) 构建脉冲光源 #4~Ivj 4my8 p Fk
HHg=:>L z PS:高斯脉冲光谱窗口 a=C?fh
w3,QT}W vY 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 kiqq_`66
:vV?Yv%P)n 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 tJ'U<s
RZDZ3W(;h STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) I /> .P
t%N#Yh! STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) +a;:7[%&
sA}=o.\j: STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) {e>}.R
UW)k]@L STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) gzl_
"j
`q4\w[0+p STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 AL,|%yup
=BNmuAY7 STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 3#5sj >
O%
9~1_ 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 %Ix^Xb0
cAIS?]1
U_oMR$/Z 4) 点击▷Go! ,进行场追迹 gIRFqEz@o PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 h9SS
o0]F
MUVp8!*@ 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 KA%tVBl
W}JJaZR*X PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS:光程分析器窗口 S@T>u,t'
6) 点击
,进行光程分析 \s+<w3 ^Z2%b> PS1:左图为相位vs频率图 <R_3;5J%
Etn]e;z4 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) HLTz|P0JZ
QeU>%qKT 7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 /:C"n|P7Z PS1:时间偏移量为33.3656ps /I".n]
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 uw;s](~E oX!s u PS:在中心位置处测量光场随波长变化 8fZ\})t
PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 Ml0d^l}'
9) 点击
键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 r ZGA9duy
#YhKAG@| 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 PvKe|In(
PS:电场振幅在时域中的分布 &Sc0l/
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 e|]g?!
iTxn PS:转换为真实的场 eN,m8A`/S
PS:将包络函数转换为真实场 RI-whA8+
11) 其它场测量工具 `^|mNh
zg|yW6l)9 线测量工具
,即显示某线段上光场的分布及特性 +h*&r~T 574b] PS:在输出光场上划定线段 */?L_\7
PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 U3A>#EV
PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 Awe\KJ^`
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 5M*q{kX)
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QQ:2987619807