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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 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,  
    = #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 -+ $u  
    wIi(p5*  
    脉冲在时间上的宽度为 ,简称脉宽,一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 (lEWnf=2h  
    QD / | zi  
    脉冲的载波频率为 ("H:T?4Qs  
    Kw925@W  
    光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便,为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量,在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是: PO |p53  
                 OL=IUg"  
    3) 时间傅里叶变换 Rn-L:o@?  
    G^ n|9)CVW  
    任意点处,光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来,如下所示: 1Pn!{ bU3@  
    jC; XY!d6  
    类似的定义同样适用于复数场 #lV&U  
    V-J\!CHX  
    4) 包络函数 @@!t$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/DJMa  
    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}WvY  
    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  
    c AIS?]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 rZGA9duy  
    #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 &S c0l/  
    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  
    574 b]  
    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)  
    b%T-nY2  
    ?CM,k0  
    QQ:2987619807
     
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