建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 |&~);>Cq2
fw SI"cfM 使用工具箱：基本工具箱 d6A+pa'2
UZo[]$"Q` 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 5G=fJAG
9w-;d =(Q 自由空间传输距离：10mm c22L]Sxo
I9YMxf>nI VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 d V3R)
o:@A% *jg 1) 脉冲传输 ]E1|^[y
Hm_&``=' 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 p e$WSS J %Z yt ;p2
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： .19_E Q >+ 2) 复数场 T8Ye+eP}
o 'Z W 传输时间用 来表示 :Y4G^i
Xliw(B'\a4 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 fAD
{sg
XW*d\v Dun 脉冲的载波频率为 }KV)F,`
r: ,"k:C 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： P]4@|u;=6[ ^NrC 8,p 3) 时间傅里叶变换 ]gVW&3ZW
muKjeg'b 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： F#|mN0op V""3#Tw 类似的定义同样适用于复数场 ^;;gPhhWV
Su k;##I 4) 包络函数 TWU1@5?Ct
8e_9u@p+w 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： [UB]vPXm$ 其对应的频域谱为： LH q*E`
>x${I`2w 
)>! y7/3
~ \ Udl 1) 构建脉冲光源 "O%xQ N
bR x}ih |L6 +e * PS:高斯脉冲光谱窗口 !8o;~PPVl
8b $e) 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 \5F
{MBx !
/z4n?&tM 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 .7n`]S/
I_ na^s h* STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) l6-%)6u>
u@kr;^m STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) !3Q^oR
Edl .R}&1 STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) y {QF#&lW
( Uk\O`)m STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) CPu~^ik
i$z*~SuM# STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 / KxZ+Ww>v
?I 7hbqQd STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 8&v%>wxR@
G \
/L.T 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 <s5s<q2
b IZi3GmRF 
k j!mgu#T
9TV1[+JWe 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 j.UO>1{7 
s@|TQ9e |j PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 kSO:xS0 _N
6) 点击
，进行光程分析 u]Dds;~"b V Rz9 ;=m PS1：左图为相位vs频率图 {_X&{dZLX
Q5tx\GE 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) ] PZ\N~T
\Gy+y` 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 \ > PS1：时间偏移量为33.3656ps >FReGiK$T
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 CM+/.y T rTM0[ 2N PS:在中心位置处测量光场随波长变化 -\}Ix >
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 ]f3R;d
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 (J`E C
X8(W sN 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 /` 4B-Y4M4
PS：电场振幅在时域中的分布 (W_U<~`t
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 JAI ; 7
D,,
x<JG| PS:转换为真实的场 HH'5kE0;d
PS：将包络函数转换为真实场 j'|`:^
Sy
11) 其它场测量工具 O:W4W=K
^I6GH?19>e 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 $|}P L[aA# TS;?>J- PS：在输出光场上划定线段 3U ni{Z]Q)
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 \FjY;rqfKe
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 FY <77i
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 u zWz+atH
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QQ：2987619807
