建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 JQ6zVS2SSS
PSZL2iGj9V 使用工具箱：基本工具箱 7z SLAHW
WqXbI4;pJ 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 I/L_@X<*r
}A7j/uy}s 自由空间传输距离：10mm f,:9N 5Z
D b1pW=66: VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 G
%Q ^o5m
l33Pm/V2? 1) 脉冲传输 Y! gCMLL
.5y+fL 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 _;UE9S% h?8] C#6^
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： C@L$~iG 2) 复数场 _q{c##K f
jg\Z ;_!W 传输时间用 来表示 */|9= $54
viMzR(J U 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 I$ 0)Px%z
^k#P5oV 脉冲的载波频率为 7|[mz> "d
:X]itTrGs 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： %]8qAtV^3j }` ! =
m 3) 时间傅里叶变换 `R=HKtr?
Dqe^E%mc 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： ,}))u0q+: .P MZX%*v 类似的定义同样适用于复数场 IuRmEL_Q_
<c,u3cp 4) 包络函数 cQ" ~\
52,m:EhL 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： 7 El[ > 其对应的频域谱为： /(BMG/Tb
2h=!k|6 
OP x`u
%e(z /"M=` 1) 构建脉冲光源 45MLt5^| mHBnC&-/ ##V5-ZG{: PS:高斯脉冲光谱窗口 ;Mpy#yIU.
x\s|n{ 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 N 0= ac5
!cA yTl(_ 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 j;fpQ_KL
p-zXp K" STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) 0 rX x RQ
U 9A~9"O STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) =UJ:t Sr
J<dVT xK12 STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) >ey\jDr#O
8$ma;U d STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) .72S o T
P3nb2. STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 X '`~s}vGO
Qkd<sxL STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 I S#FiH
:xh?e N& 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm bV$) !]V
' F _8j; 
Y))u&*RuT0
o;=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 2GWMlI 
w[ !^;# PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 L.2/*H#
6) 点击
，进行光程分析 *WIj4G.d
}f8Uc+ PS1：左图为相位vs频率图 0 0SbH$SU
vt;{9\Y 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) f 3H ed
L2pp6bW 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 o_D?t-XH PS1：时间偏移量为33.3656ps Jnna$6 G)B
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 q|v(Edt|_[ @1 U&UH PS:在中心位置处测量光场随波长变化 .Y3pS/VI
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 YR>B_,Gl
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 Sz^ 5b!
)YX 'N<[ PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 qZ h1`\G
PS：电场振幅在时域中的分布 W0k0$\iX
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 |kvC
H<F'
FFH_d <q PS:转换为真实的场 F^5?\
PS：将包络函数转换为真实场 Bnb#{tL
11) 其它场测量工具 gOr%!QaF
nD)K}4 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 &p}$J )q v|Yh w PS：在输出光场上划定线段 EvWzq%z
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PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 YQpSlCCo
3
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 P#_sg0oJF
12) 对其进行逆向时间傅里叶变换，得到该线段上每一点的包络函数 lNL6M%e$Q
59%tXiO ) :\xHR4
QQ：2987619807
