建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 T_T{c+,Zd$
q(Q9FonU 使用工具箱：基本工具箱 t7FQ.E,T
x~eEaD5m%J 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 |lV9?#!
C<XDQ>? 自由空间传输距离：10mm d2sq]Q
E2 D8s=r VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 !k9h6/ b6
F JhVbAMd 1) 脉冲传输 w}q"y+=Z:
2z3A"HrlA 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 {fD #= =)8fE*[s
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： KW^aARJ) 2) 复数场 < Q) }
Xs@ ^D, 传输时间用 来表示 pr(\ ?\a
[ {$0E=&0 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 n^#L B* q
HC,@tfS 脉冲的载波频率为 GJPZ[bo
TVwY FX 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： ^/vWK\- tb3fz")UC 3) 时间傅里叶变换 yG$@!*|
-74T C 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： } 4%)m ZRGZ'+hw 类似的定义同样适用于复数场 vI}S6-"<
a=VT |CX[ 4) 包络函数 %nF\tVP3]
!J l0Eu 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： |LH*)GrD*t 其对应的频域谱为： Ct+%
Qe.kN dT+_ 
IQ ~7vk()
VTfaZ/e. 1) 构建脉冲光源 4[ 0? F!% 'fFdqsXr t'x:fO?cp PS:高斯脉冲光谱窗口 aZ`ags ofk
@A'1D@f# 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 f `=T@nA
5V8C+k) 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 5 >Yd\(`K
FH`&C*/F0Y STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) 15DK \_;
Cbs4`D, STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) CT%m_l N
^|(4j_.(e STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ~ O=| v/]
T<k1?h^7 STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) Q9tE ^d+%
u@u.N2H.% STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 dU3 >h[q
v} ;qMceJ STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 [=3tAPpzK
0(9@GIT 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 z}2e;d 7
ATp 6- 
bv>lm56
\[I . 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 NVWeJ+w 
.|`=mx PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 h^ $}1[
6) 点击
，进行光程分析 \OT)KVwO [Fj+p4*N PS1：左图为相位vs频率图 G5y
Cy:`pYxhd PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) MYSc*G
,Ysl$^\ 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 Cf =q_\0|W PS1：时间偏移量为33.3656ps "`*a)'.'^c
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 3b\8907 l~!fQ$~ PS:在中心位置处测量光场随波长变化 q }v04Yy,o
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 x$ J.SbW
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 U3+ _'"
b_gN?F7_ 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 >VU QTg
PS：电场振幅在时域中的分布 3H}~eEg,
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 'S4EKV]
/u XRZ PS:转换为真实的场 >dvWa-rNUT
PS：将包络函数转换为真实场 &DQ4=/Z
11) 其它场测量工具 skD k/-*R
6Vbv$ AU 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 m|2]lb 3 [)s;e PS：在输出光场上划定线段 rjAkpAT
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 Zjic"E1
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 % X , B-h^
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 nHA`B .:B
m{$tO;c/Q syW9Hlm
QQ：2987619807
