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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    离线infotek
    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 &4R -5i2a  
     J'H}e F`  
    使用工具箱：基本工具箱 4?2$~\ x  
     WPpS?  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 t 8,VRFV  
     FIEA 'kUy  
    自由空间传输距离：10mm |K,[[D<R  
     u#^~([ I  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 ZtofDp5B  
     Q GoBugU  
    1) 脉冲传输 ;T,`m^@zf  
     N}rc3d#  
    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 'i5,2vT0  
    | ycN)zuE  
    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：     lKyeG(  
    2) 复数场 ?Zv>4+Y'  
     )r|Pm-:A{  
    传输时间用 来表示 lV ra&5  
     WTX!)H6Zv  
    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 t8_i[Hw6D  
     kX8Ey  
    脉冲的载波频率为 xwjiNJ Gj  
     g* DBW,  
    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： 4ynGXJmMlR  
                 (\o &Gl  
    3) 时间傅里叶变换 |Zm'!-_  
     <[Y@<  
    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： H5X.CcI&}  
    1P6!E*z\  
    类似的定义同样适用于复数场 sOb=+u$$9  
     8=Aoj% l#  
    4) 包络函数 ]rM HO  
     h4geoC_W2  
    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： %RD%AliO}K  
    其对应的频域谱为： ^w6~?'}  
     + )lkHv$R  
    )gPkL r  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 Qt(4N!j  
     Zv^n  
    1) 构建脉冲光源 r[W Ir|r7  
    O&@pi-=o  
    sRaTRL2  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 f*E#E=j  
     rcU*6`IWA  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 d*tn&d~k,  
     JK9 J;c#T  
    2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 o%_Hmd;_'  
     ]!'9Y}9a  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) DC+l3N  
     u81@vEK:_  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) P`TJqJiY~  
     7?W1i{(  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) :/~TV   
     >^ TcO  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) i=AQ1X\s  
     uB>OS 1=  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 7L !$hk  
     '8V>:dy>  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 F*J@OY8i  
     mr<camL5  
    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 {No Y`j5S  
     'Fr"96C$  
    ?CSv;:  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 WNcJ710k27  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 %pBc]n@_  
     #CTeZ/g  
    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 j7sRmQCl  
    V8-*dE  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 5"mH6%d :8  
    6) 点击 ，进行光程分析 TS49{^d$  
    k r ga!,I  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 M=#'+CF}W  
     Y"UB\_=  
    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) [/GCy0jk  
     ;nbbKQ]u  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 =l+~}/7'Z  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps !.@F,wZvY  
    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 R>y/Y<5=  
    QUK v :;  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 RZbiiMC>  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 "pTU&He  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 qj1Fj  
     _qvzZ6  
    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 y1_z(L;I  
    PS：电场振幅在时域中的分布 Bh5z4  
    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 'h3yxf}\  
     -n~%v0D8c  
    PS:转换为真实的场 A# Ne07d  
    PS：将包络函数转换为真实场 \Y^GA;AMQQ  
    11) 其它场测量工具 \kEC|O)8  
     qt`HP3J&  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 ]*TW%mY  
    h42dk(B  
    PS：在输出光场上划定线段 (g3@3.Kk)  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 fX{Xw0  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 }II)<g'  
    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 *_H^]wNJG  
     8[L]w^  
    ,u^%[ejH  
    QQ：2987619807
     
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