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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-07-02
    建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 13(JW  
     Z=`\U?,  
    使用工具箱：基本工具箱 NltEX14Af  
     SA s wP  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 c`I`@Bed  
     >!:uVS  
    自由空间传输距离：10mm %IGcn48J  
     |pk1pV |  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 @A6 P[r  
     j2NnDz'  
    1) 脉冲传输 =BW>jD  
     ;7CE{/Bq.p  
    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 513{oM:  
    5]n5nqz  
    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：     Yy]^_,r  
    2) 复数场 :{NvBxc[  
     to@ O  
    传输时间用 来表示 zTb!$8D"g  
     `oH=O6  
    脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 ;KqH]h)  
     7+';&2M)n~  
    脉冲的载波频率为 w]Z*"B&h  
     Ym IVtQ  
    在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： L ;5uB2  
                 NFpR jC?  
    3) 时间傅里叶变换 0X =Yly*m@  
     bp Q/#\Z  
    任意点处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： :/'2@M  
     9')  
    类似的定义同样适用于复数场 d>@&[C!28  
     vL~nJv  
    4) 包络函数 V"=(I'X  
     Om`VQ?  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： z45 7/zO  
    其对应的频域谱为： m~a'  
     {w*5uI%%e  
    p%A s6.  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 B;.]<k'3  
     W9>q1  
    1) 构建脉冲光源 K~Lh'6  
    # T_m|LN 7  
    sCG[gshq  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 Cisv**9  
     w_o|k&~,  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 QT X5F5w  
     .|x\6 jf  
    2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 1I< <`7'  
     Hbz>D5$  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) &c<0g`x  
     Cz@[l=-T7  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) zFVNb  
     Q _Yl:c  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) c\.Hs9T >  
     Q; DN*  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) Sb@:ercC,  
     3(D!]ku~m  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 M(>"e*Pi  
     WN8XiV  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 w6ZyMR,T  
     k@QU<cvI  
    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 ];cJIa  
     y" 4Nw]kU  
    r9:Cq  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 <)01]lKH  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 \va'>?#o1  
     Kgev*xg  
    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 VKUoVOFvPR  
    |#hj O3  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 dUAZDoLi  
    6) 点击 ，进行光程分析 |ymw])L  
    8}9B*m  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 ~dkN`1$v  
     fZM)>  
    PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) '~-JR>  
     3/+r*lv>X  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 [,;h1m ~iX  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps r3.A!*!  
    8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 t;?M#I\,{  
    b5r.N1ms  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 "`Y.N$M`k  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 d1MY>zq  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 p6=L}L  
     ""LCyKu   
    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 \^=Wp'5R  
    PS：电场振幅在时域中的分布 cb ICO  
    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 f+*wDH  
     *=+m;%]_  
    PS:转换为真实的场 R.KqTEs<k  
    PS：将包络函数转换为真实场 z@WuKRsi  
    11) 其它场测量工具 ldEZ_g^  
     :)/%*<vq,  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 j+B+>r ^  
    NI(fJ%U  
    PS：在输出光场上划定线段  {@XzY>  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 gDY+'6m;  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 oSGx7dj+  
    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 R4xoc;b  
     2?=R_&0 Q  
    be ^09'  
    QQ：2987619807
     
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