建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 Z 9 +f TT
&4S2fWx 使用工具箱：基本工具箱 ZDbe]9#Xh
*Z_4bR4Q 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 jd-]q2fQ|
M\5| 自由空间传输距离：10mm 7\,9Gcv1
[%N?D#; VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 5HV+7zU5
~<n.5q%Z 1) 脉冲传输 @|DQZt
3 yKmuu! 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 pcwYgq#5 %8tE*3iUF
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： 3EICdC
2) 复数场 R~k`KuY@!
4F6aPo2 传输时间用 来表示 A+0 -pF2D
4A!]kj 5T 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 Nb`qM]&
Bso#+v5 脉冲的载波频率为 <4q H0<
sr c+z # 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： J4"Fj, FS ?l^Xauk4Pj 3) 时间傅里叶变换 ^D$|$= |DH
PVBz~rG 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： j/*1zu8Y 2.Qz"YDh
= 类似的定义同样适用于复数场 QE\
[ EI2
8'8`xu$ 4) 包络函数 _b~{/[s
F^NK"<tW 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： "a8E0b 其对应的频域谱为： k_=yb^6[U
~I@ls Ch 
1^}I?PbqV
$ItjVc@U 1) 构建脉冲光源 W w2@!ng w>&*-}XX a,c!#iyl3 PS:高斯脉冲光谱窗口 *{DTxEy
0+ * NHiH 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 Y#ZgrziYM
v\Uk?V5T 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 %'=*utOxy
i.vH$ STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) V}#X'~Ob
$ s/E } X STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) =Xh)34q
xV)[C )6 STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) tg/UtE`V
:hX[8u STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) \g39>;iR
<h7cQ STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 [X.bR$>
;=ddv@ STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 bP&Q Fc
YNEwX$)M,B 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 ?FQ#I~'<
`r`8N6NQ&] 
\!-BR0+y;
JL1ajlm~ 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 hJ}i+[~be 
'+PKGmRW PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 7MKX`S
6) 点击
，进行光程分析 a[-!X7,IU Wh) D_ PS1：左图为相位vs频率图 h+FM?ct6}
f2i:I1 p(" 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) M3pE$KT0x
o}OY,P 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 E#B-JLMGl PS1：时间偏移量为33.3656ps +WH\,E
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 dZU #lg Xu] ~vik PS:在中心位置处测量光场随波长变化 FE~D:)Xj'?
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 6p9fq3~7Y
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 }e?H(nZS7h
FZr/trP~ PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 k6(7G@@}
PS：电场振幅在时域中的分布 cMw<3u\
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 H3 A$YkK [
9P?0D PS:转换为真实的场 35<A :jKS
PS：将包络函数转换为真实场 ~dYCY_a
11) 其它场测量工具 $9)os7H7
a5 D|#9 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 C0wtMD:G Yj/afn(Jt PS：在输出光场上划定线段 qO#3{kW
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 ! _S#8"
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 pHV^K v#
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 x[(6V'
v@ _1V RY , <*
QQ：2987619807
