建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 Q:-H U bB
4G_dn f_ 使用工具箱：基本工具箱 T
X6Ydd
3O#7OL68v 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 2[M:WZ.1
Cn28&$:J 自由空间传输距离：10mm L?9Vz&8]
O%c6 vp7 VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 )\VUAD%~e7
WJz 1) 脉冲传输 {_[l,tdZ
Ubn5tN
MK 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 >%[(C*Cks O IewG5O
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： 'd6hQ4Vw4 2) 复数场 Qr0JJoHT
sU bZVPDr 传输时间用 来表示 <o?qpW$,>
8<.KWr 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 9=<
Z>
1Kc* MS 脉冲的载波频率为 I}k!i+Yl
zo\Xu oZ 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： /;.M$}Z>` ARU,Wtj# 3) 时间傅里叶变换 &G<ZK9Ot}0
Z6h.gaQ7
H 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： &S|laq H |{oKhC^yG 类似的定义同样适用于复数场 O
_1}LS!
,#WXAA mm 4) 包络函数 8o{ SU6pH
r2sog{R VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： cPS!%?}I 其对应的频域谱为： Y$Uv t_
Yhlk#>I 
)YnB6@=nyk
mZM5aTQ3 1) 构建脉冲光源 5.\!k8a /+IR^WG#C} le[5a=e( PS:高斯脉冲光谱窗口 5/*ZqrJw{"
<#R7sco' 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 {H>iL
{ UPIdQ'g 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 ,bH
sPZa|AKHb STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) Od R
mU\$p iei STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) A6UtpyS*'
5SKu \ H\ STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) b?y1cxTT
]\3dJ^q|% STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) k2;8~LqF
m=}kGzIY4 STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 _D+7w'8h
{ _
1q`5o STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 ^~A r
A!^,QRkRN 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 Ic r'l$PE
9g *~X;`2 
S%T1na^x
4Fz^[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 i2!{. *. 
i L\\JuY PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 Ugs<WVp $
6) 点击
，进行光程分析 /3c1{%B\ ims *|~{sr PS1：左图为相位vs频率图 u C}YKT>V7
% - SP 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) #IXQ;2%E
My1E@< 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 '"KK|] vJ PS1：时间偏移量为33.3656ps k&?QeXW
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 ~_oTEXT^O S_WY 91r PS:在中心位置处测量光场随波长变化 \m\.+q]
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 |zUDu\MZ{
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 6Q>w\@lF
]pGr'T~Gj 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 EgO4:8$h
PS：电场振幅在时域中的分布 <
xV!vN
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 cN :;ir
REsT hB PS:转换为真实的场 E7D^6G&i
PS：将包络函数转换为真实场 ZcQm(my
11) 其它场测量工具 UnMDdJ\
C [s*Na- 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 lWdE^- h ?O-13v PS：在输出光场上划定线段 < 37vWK 1+
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 1|]-F;b
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 +u
Lu.-N
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 [v& _MQ
pp-Ur?PM ae<KUThm.
QQ：2987619807
