建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 {BY`Wu:w
%zb7M%dC6` 使用工具箱：基本工具箱 mZ ONxR6q$
nH NMoA 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 hY-;Wfg
|K aX ek 自由空间传输距离：10mm onG,N1`+
@T?:[nPf&F VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 j05ahquI
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NA-O 1) 脉冲传输 \dbpC Z
3`SLMPI 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 A9p$5jt7 1PjSa4
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： H P*x?|4 2) 复数场 Fl(+c0|kT
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N 传输时间用 来表示 D'|#5>G
x%vt$dy*8 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 \>23_d0
x>&1;g2r 脉冲的载波频率为 tG^Oj:
EOVHTDkKf 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： $T1
D
?X PKwHq<vAsB 3) 时间傅里叶变换 q NC.| R
e9k}n\t3 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： ,yAvLY5 P M\e%GJ0 类似的定义同样适用于复数场 Il~ph9{JH
H.O 7 Y 4) 包络函数 7 EQ
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ra_`NsKF} 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： hh
<=D .u 其对应的频域谱为： lJ R",_
qJ5Y}/r 
vRRi"bo
xJ^Gtq Um 1) 构建脉冲光源 &P[eA u G)5% f\& kp xd+w PS:高斯脉冲光谱窗口 E-.M+[
m`4Sp#m 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 e u^z&R!um
Q 4CxtY 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 HQQc<7c ",
.CQ
IN] iD STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) jP@H$$-=wH
v(h
STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) p&:R SO
'WxcA)z0cQ STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) 4S Y]Q[
i^Ep[3 STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) Mm ^o3vl
RUYw D tC STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 f{^C+t{r
?J%$;"q STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 9_5Fl,u
z
i7mT<w>? 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 P]j{JL/g&
hgfCM 
oPo<F5M]d%
FTtYzKX(bv 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 ,]y)Dy 
1i$9x$4~E PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 ;W'y^jp]"
6) 点击
，进行光程分析 T&w3IKb|} X<#Q~" PS1：左图为相位vs频率图 J+Q
;'J
QV b @/ 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) "'^#I_*Mf
[@uL)*o_# 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 !@W1d|{lu PS1：时间偏移量为33.3656ps \&Mipf7a
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 .Rd@, 3 B9>3xxp(by PS:在中心位置处测量光场随波长变化 =H QH;c"
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 0p*(<8D}
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 7t0\}e
7K
{/2k 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 C. }Z5BwS
PS：电场振幅在时域中的分布 `~(KbH=]
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 _u dH(NC
a% Q.8 PS:转换为真实的场 5m=3{lBi
PS：将包络函数转换为真实场 ,l. O @
11) 其它场测量工具 9bNjC&:4/]
TStu)6%` 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 }f; Zx)! iNT 1lk PS：在输出光场上划定线段 %a{cJ6P
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 z"Gk K T
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 ( T VzYm
y
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 p pM d
oz(<e ,xn+T)2I
QQ：2987619807
