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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 正序阅读 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 7<oLe3fbM  
     *n N;!*J  
    使用工具箱：基本工具箱 $985q@pV0  
     s$:F^sxb  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 sYiegX`1c  
     *]p]mzc  
    自由空间传输距离：10mm ( N~[sf?&  
     H jbC>*  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 YL=?Nk/  
     wZ,9~P 7  
    1) 脉冲传输 QSW62]=vV  
     "?EA G  
    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 _0 USe  
    "Git@%80  
    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：     0"kNn5  
    2) 复数场 +g<2t,  
     z"u4t.KpL  
    传输时间用 来表示 &eG,CIT  
     jmmm0,#D  
    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 ;M{ @23?`  
     }>=k!l{  
    脉冲的载波频率为 YW}q@AY7  
     0R >M_|  
    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： :t8(w>oW  
                 #{1w#Iz;  
    3) 时间傅里叶变换 VJS|H!CH  
     j~(rG^T  
    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： t;T MD\BU  
    &7!&]kA+  
    类似的定义同样适用于复数场   _p\  
     Aj#CB.y  
    4) 包络函数 $U<so{xn%  
     <- Q=h?D  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： Y'&A~/Adf  
    其对应的频域谱为： .dt7b4.kd  
     b{=2#J-  
    (n05MwKu\  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 yo`Jp$G  
     h!?7I=p~#  
    1) 构建脉冲光源 \]e"#"v}}_  
    Ra}%:  
    ykH?;Xu  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 l Ot3^`  
     rP>iPDf  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 4P( Y34j  
     B?'`\q) UL  
    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 A,{X<mLFb  
     _(&^M[O  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) a ?/GEfd  
     ?~$0;5)QC  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) '3O@Nxof4  
     3,+)3,N  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) t&T0E.kh*X  
     !Low%rP  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) (|I:d!>:U  
     \/g.`Pe  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 &u( eu'Q3  
     Q3vC^}Dmr  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 <[ />M  
     ATp7:Q  
    3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm [x ?38  
     0W<:3+|n4  
    3`S|I_$(T"  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 K9B_o,  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 (= } cc  
     I *YO  
    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 _]a8lr+_-  
    HpSmB[WF  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 {L5!_] 6  
    6) 点击 ，进行光程分析 D::$YR ~R  
    _fx0-S*$  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 4NT zK  
     u[q1]]   
    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) o^hI\9  
     ^m.QW*  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 4nQk*:p(X  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps y! he<4  
    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 +e?mKLw14  
    }CnqJ@>C5  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 P9= L?t.  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 *{8<4CVv  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 T+ey>[  
     GO{o #}  
    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 ,e{(r0  
    PS：电场振幅在时域中的分布 ?K%&N99c!  
    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 L1A0->t  
     ,S 5tkTa  
    PS:转换为真实的场 H=Rqr  
    PS：将包络函数转换为真实场 ,3l=44*  
    11) 其它场测量工具 ~SgW+sDF u  
     eYZ{mo7  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 ~CiVLS H=  
    6REv(E]  
    PS：在输出光场上划定线段 y`O !,kW  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 NfvvwG;M  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 "9 ,z"k  
    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 hT4 u;3xE  
     |M]#D0v  
    B7r={P!0  
    QQ：2987619807
     
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