建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 Vu1swq) l
UJ^MS4;I3 使用工具箱：基本工具箱 *:tfz*FG$G
xwjiNJ Gj 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 e]k\dj;,^%
4ynGXJmMlR 自由空间传输距离：10mm (\o &Gl
|Zm'! -_ VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 ]~d !<x#+
5kdh!qy[$, 1) 脉冲传输 u|EHe"V"
7S.E,\Tws 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 8d|#W o)r%4YOL
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： trm-&e7q?; 2) 复数场 D wtvtglqV
=OR "Bd:O
传输时间用 来表示 ToE^%J4
v~`'!N8 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 2'T uS?
W)p?cK` 脉冲的载波频率为 g), t
>y r1wVS 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： ;{:bq`56f ?
e<D + 3) 时间傅里叶变换 U {?#W
RM6*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： aYrbB# /pYp, ak 类似的定义同样适用于复数场 ^\3r}kJ0Lp
dQ`=C Ir 4) 包络函数 I6lWB(H!u
7I;A5f 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： 1|/-Ff"1@ 其对应的频域谱为： j &w4yY
(!"&c*
< 
{}DoRp q=
6X[Mn2wYW 1) 构建脉冲光源 ;+(EmD :Q -W'T3_ :=e"D;5 PS:高斯脉冲光谱窗口 <BX'Owbs!O
owKOH{otf 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ?CSv ;:
Dg'BlrwbR 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 ( pT 7m
r31) Ed$ STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) u)9YRM l
=.\ PG [ STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) @; `d\lQ
)Nnrs a STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) vV*i)`IXe
u=f}t=3 STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) Y@ 2v/O,\
qj:\ )#I STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 i(an]%'v
ihBIE STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 s_ 4y^w]aX
J|.n bSE 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 5h@5.-}
L.Tu7+M4 
&\L\n}i-
a2SXg A 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 u5rHQA0% 
Vl`!6.F3 PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 XkEE55#>|
6) 点击
，进行光程分析 e!oL!Zg
YES-,;ZQ' PS1：左图为相位vs频率图 I~) A!vp
J?_-Dg(= 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) rt C:3fDy
e_3($pj 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 -h%1rw PS1：时间偏移量为33.3656ps 9^1li2z k{
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 M~P h/ "5b4fQ;x PS:在中心位置处测量光场随波长变化 Qv;q*4_
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 o|Kd\<r Y
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 $8 WeWmY
^7iP!-w/ PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 5 Mz6/&`
PS：电场振幅在时域中的分布
4b
1a?
10) 逆向时间傅里叶变换所得结果为时域中脉冲的包络函数，将包络函数乘以 ，即转换为真实场 w On*QO[
1HBWOV7z.? PS:转换为真实的场 DSL3+%KF#
PS：将包络函数转换为真实场 k\Z@B!VAq
11) 其它场测量工具 {Y1&GO;
gPcOm
b 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 -7(,*1Tk "w{$d&+?ag PS：在输出光场上划定线段 sOhKMz
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 N4$ K {
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 s fzDE&>'
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 w-P;E!gTt
04#<qd&ob@ FE3uNfQs|
QQ：2987619807
