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    [分享]脉冲的自由空间传输 [复制链接]

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    科学家
     
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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 ]XH}G9X^  
     *jF VYg  
    使用工具箱：基本工具箱 Z|kMoB  
     HBFuA.",  
    脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 4{r_EV[(  
     G$D6#/rR  
    自由空间传输距离：10mm pH1 9"=p<  
     !7K-Kqn  
    VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 !cWnQRIt_F  
     =abth6#)  
    1) 脉冲传输 S-Y(Vn4  
     *I}_B\kY  
    作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 Q b|.;_  
    [}OL@num  
    VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下：     Mwdw7MZ"S  
    2) 复数场 9$xEktfV  
     oEWx9c{~$  
    传输时间用 来表示 %T&#JF+;  
     (Rc 0l;  
    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 /e5Fx  
     fV;&)7d&  
    脉冲的载波频率为 X&<#3n  
     "p\XaClpz  
    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： kPVP+}cA  
                 LQMVC^ G  
    3) 时间傅里叶变换 swDSV1alMB  
     S %"7`xl  
    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： N!fp;jvG  
    _]=`F l  
    类似的定义同样适用于复数场 ~%Ws"1  
     w^*jhvV%kW  
    4) 包络函数 pr-{/6j6  
     7<=7RPWmD  
    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： Z v=p0xH  
    其对应的频域谱为： e;=G|E  
     Hc@Z7eQ3^  
    2#A u6BvX  
    脉冲在自由空间的传播的模拟 Pc]c8~  
     A&5$eGe9  
    1) 构建脉冲光源 qvOBvUR}  
    oh;F]*k6  
    `,(1'  
    PS:高斯脉冲光谱窗口 !UUh7'W4u  
     ,gU9y wg  
    生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 IBVP4&}x$  
     ^;YD3EZw  
    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 'q[V*4g  
     T^GdN_qF  
    STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) -o#0Yt}3  
     q9Y0Lk  
    STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) nWZrB s _  
     U2ANu|  
    STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) PyHE >C%  
     YA^9, q6u?  
    STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) 'q*1HNwGp  
     2$NP46z}  
    STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 &F#X0h/m=  
     @F7QQs3  
    STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 rMlbj2T  
     t9pPG{1  
    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 )KRO=~Y  
     'd?8OV  
    n?,fF(  
    4) 点击▷Go! ，进行场追迹 <R{\pz2w  
    PS：高斯脉冲光源自由空间传播，在虚拟屏上的光分布 Mdwh-Cis/  
     sCb?TyN'n  
    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 _k+Bj.L  
    <{-DYRiN  
    PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
    PS：光程分析器窗口 !#iP)"O  
    6) 点击 ，进行光程分析 QW2% Gv:  
    )kUq2 -r  
      
    PS1：左图为相位vs频率图 Eun%uah6c  
     R4qk/@]t  
    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) V,M8RYOnC!  
     0\Oeo8<7)~  
    7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 &P {%C5?{  
    PS1：时间偏移量为33.3656ps 8'cDK[L  
    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 kD; BwU[  
    \O/=g6w|t}  
    PS:在中心位置处测量光场随波长变化 7SqsVq`[~  
    PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 rWvJ{-%  
    9) 点击键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 2=3iA09px  
     !E7/:t4  
    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  b'{D4/  
    PS：电场振幅在时域中的分布  b'Uaj`Sn  
    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 9Pb0Olh  
     q5RLIstQ\  
    PS:转换为真实的场 fg1 zT~  
    PS：将包络函数转换为真实场 |]]fcJOBP  
    11) 其它场测量工具 H+0 *  
     nEn2!)$  
     线测量工具 ，即显示某线段上光场的分布及特性 Y|lMa?\E  
    %Bo Jt-v  
    PS：在输出光场上划定线段 P 2Eyqd8  
    PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 ?NwFpSB2  
    PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 HxM-VK '  
    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 '/p5tw8  
     p{U8z\  
    $ `ho+  
    QQ：2987619807
     
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