建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 <5E: ,<
/8Ru O 使用工具箱：基本工具箱 c-oIP~,
g :eq B&& 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 ?:DUsg
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自由空间传输距离：10mm Xy] Pmt
2+= :pc^ VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 UUR+P fY
!g7lJ\B 1) 脉冲传输 Ohn? >qQ
%$ [#/H7=W 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 vf;&0j&` &>A<{J@VL
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： u"gtv 2) 复数场 SIZZFihcYh
(sqI: a 传输时间用 来表示 2Y~nU(
hxZL/_n' 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 X" Upml
v2jpao<K 脉冲的载波频率为 !:wA\mAd
sc&u NfJ 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： W 9!K~g_ 'YvRkWf:KC 3) 时间傅里叶变换 *CCh\+S7m
v3b+Ddp 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： H>]A|-rG# :Z&<5 类似的定义同样适用于复数场 3|(<]@
$
' .{_
7U 4) 包络函数 )F_nK f"a
T#GT Nk!v 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： ~@$ RX: p 其对应的频域谱为： .$] -::&
F R(k==pZ 
|8?DQhd}
{s>V'+H(F 1) 构建脉冲光源 "\+.S]~ s63!]LDr GK=b PS:高斯脉冲光谱窗口 U:0Ma 6<
]j0/. pG 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 h + <Jv
/B <QYvv 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 .Ta (v3om%
CE @[Z STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) ^[6el_mj
UM<!bNz` STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) Z& of-[)
cH6++r STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) -B&
Nou
+c$:#9$ | STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) d7S?"JpV
b|-S;cw STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 { H*
sa TS8p z STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 :(iBLO<x
x~Dj2 F ] 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 L'w]O
-86
YQ caWd( 
sYbmL`{
zpjE_| 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 ?a-5^{{ 
03c8VKp'p PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 Lg~ll$
U
6) 点击
，进行光程分析 _2Mpzv ]iMqIh" PS1：左图为相位vs频率图 A*g-pJ h
L2=:Nac 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) m(D+!I9
M@ o^V(j 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 _+.JTk PS1：时间偏移量为33.3656ps p| ?FA@ 3
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 4fL`.n1^ I1 Otu~%d PS:在中心位置处测量光场随波长变化 bjo} 95
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 4xH/a1&p=
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 W>5[_ d
fm L8n<1 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 }[ R-)M
PS：电场振幅在时域中的分布 je5[.VT M
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 M i;Pv*
PW82
Vp. PS:转换为真实的场 ,Ha <lU2K
PS：将包络函数转换为真实场 U( LLIyZv
11) 其它场测量工具 +w-J ;GLSy
\VA*3U^ @ 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性
G:3szz skBD 2V4 PS：在输出光场上划定线段 {xH ?b0>
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 AVm+
1
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 >ZW|wpO
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 VFzIBgJ3
JHX kQz[Jb \EsT 1a T
QQ：2987619807
