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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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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 |yAK@ Hl'  
    lf8xL9v  
    使用工具箱:基本工具箱 !~d'{sy6  
    ;\s~%~ \  
    脉冲参数:脉冲宽度为10fs,载波波长800nm,包含29个谐波场 M]B3vPA/v  
    Uk02IOXQ  
    自由空间传输距离:10mm q5?L1  
    ! o^Ic`FhS  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 BVAr&cu  
    O3+)qb!X  
    1) 脉冲传输 sVcdj|j  
    N<"`ShCNM  
    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 B<+pg  
    &GU@8  
    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:
    L"^.0*X/d  
    2) 复数场 aG Ef#A  
    UnjNR[=  
    传输时间用 来表示 Q!x`M4   
    #~1wv^  
    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 TC@bL<1  
    hU)'OKe  
    脉冲的载波频率为 Nor`c+,4  
    &_YtY47  
    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: Pn J*Zea  
                 55,=[  
    3) 时间傅里叶变换 rV~T>x  
    ~BtKd*~*  
    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: pEkOSG  
    a! ?.F_T9A  
    类似的定义同样适用于复数场 WT?b Bf  
    )+*{Y$/U  
    4) 包络函数 EFwL.'Fh  
    bk0Y  
    VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此,其定义如下: []r T? -  
    其对应的频域谱为: O!yakU+  
    n3*UgNg%fK  
    )X~#n  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 m]1!-`(*  
    Kc-Y  
    1) 构建脉冲光源 :;q>31:h  
    zfirb  
    v8>!Gft  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 \ U Ax(;  
    jjX'_E  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 e/ WBgiLw  
    T6,V  
    2) 创建光路图LPD,选择高斯光源,并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中,以形成脉冲光源 tnN'V  
    t18UDR{  
    STEP1:选择高斯光源(Gaussian Wave) ,;7`{Nab  
    )>?! xx_`  
    STEP2:在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Mq76]I%  
    Ew>~a8! Fq  
    STEP3:在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) _IC,9bbg  
    ([[)Ub$U  
    STEP4:选择从图表中导入(Load from Diagram) EZ..^M3  
    L>0!B8X2  
    STEP5:选择上面生成高斯脉冲光谱 y{YXf! AS  
    m; 1'u;  
    STEP6:OK,以生成高斯脉冲光源 I Jqv w  
    -J{Dxz  
    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 pn|p(6  
    -g9^0V`G  
    ss/h[4h4h  
    4) 点击▷Go! ,进行场追迹 l_bL,-|E8  
    PS:高斯脉冲光源自由空间传播,在虚拟屏上的光分布 Go-wAJ>  
    4 U}zJP(L  
    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 7[4_+Q:}  
    FwXKRZa  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS:光程分析器窗口 1% asx'^  
    6) 点击 ,进行光程分析 7WgIhQ~  
    mXQl;  
      
    PS1:左图为相位vs频率图 G(:s-x ig6  
    g[m3IJzq  
    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) z Z@L4ZT  
    +.S#=  
    7) 查看探测器结果Detector Results ,获得(考虑色散的)时间偏移 Q^*G`&w,  
    PS1:时间偏移量为33.3656ps f#'8"ff*1  
    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 fL(':W&n-  
    i/5y^  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 j#7wyi5q  
    PS:中心位置处不同波长对应的电场振幅 @YEw^J~  
    9) 点击键,对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 caGML|DeI  
    l#X=]xQf  
    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 FYp|oD2=1  
    PS:电场振幅在时域中的分布 \_lG#p|  
    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 /!^L69um  
    ;3 G~["DA  
    PS:转换为真实的场 F5<"ktnI  
    PS:将包络函数转换为真实场 u(8_[/_B  
    11) 其它场测量工具 1y},9ym  
    hq5NQi` %  
     线测量工具 ,即显示某线段上光场的分布及特性 nu#aa#ex>  
    _7rqXkp%  
    PS:在输出光场上划定线段 C<r(-qO{5  
    PS:选择线测量工具,测量光场随波长的变化 j5PaSk&o=  
    PS:获取线段上不同波长对应的电场振幅 C$$"{FfgU"  
    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 6.7`0v?,n  
    qgwv=5|  
    DkDw>Nx<rs  
    QQ:2987619807
     
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