建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 cOf .z)kf6
e Z]>;5 使用工具箱：基本工具箱 z }Lf]w?
nx(jYXVT 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 b t*
rf^ u&f 自由空间传输距离：10mm 3 *T/ 7\
c|@OD3w2lM VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 Dz,|sHCmk
Sd F+ b+P] 1) 脉冲传输 #<y/m*Ota
O]Ey @7 & 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 b")O#v. 4p7j "d5
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： nA(5p?D+YB 2) 复数场 l_s#7 .9$
v ^J']p 传输时间用 来表示 d/3bE*gr
^ M1jv( 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 19 4n
`z`=!1 脉冲的载波频率为 u+y3 ( 0
Scug
wSB 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： ]Q,&7D
Ah TS`m&N{i") 3) 时间傅里叶变换 FJq g,
D9H%jDv 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： pHowioFx D^ xg2 D 类似的定义同样适用于复数场 ^I9U<iNIL
Em4'b1mDX% 4) 包络函数 ?VCp_Ji
~1XC5.*-
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： # F6<N]i 其对应的频域谱为： xi =0 kO
h@]{j_$u 
A#{I- *D[
fu{v(^ 1) 构建脉冲光源 jd2 p~W belBdxa{" [0 rH/{ PS:高斯脉冲光谱窗口 h+7U'+|%A
Lr20xm 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 XZQ-Ig18
_>)@6srC 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 -]-0]*oAp
qJJ
5o?' STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) fT{jD_Q+3
[VLq/lg* STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) :#\jx
JvEW0-B^l, STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) N?8nlrDQ
z8 r?C STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) C^LxJG{L5
4jlwu0L+ STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 e\O625
9':Hh' STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 `9k\~D=D~
GY5JPl 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm @+_pj.D
F&#I[]# 
?v-!`J>EF#
c, ]fw2 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 _{
2`sL) 
)Jw$&%/{1 PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 U6o]7j&6
6) 点击
，进行光程分析 e|>@ >F]K +;)Xu}
PS1：左图为相位vs频率图 }A[5\V^D*
R&:Qy7" 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) P(o>UDy
0+)1K U)I 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 /1m +iM^V PS1：时间偏移量为33.3656ps .Iz
JJp
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 %tPy]{S .. EP90E^v ^ PS:在中心位置处测量光场随波长变化 :T>OJ"p
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 n<@C'\j@
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 XWX] /j2jA
jw uSne 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 Gu aF B[4
PS：电场振幅在时域中的分布 IFZw54
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 b \kA
pV!WZ Ufg PS:转换为真实的场 7VdxQ T
PS：将包络函数转换为真实场 D{q r N6g#
11) 其它场测量工具 7AqbfLO
/n:Q>8^n'W 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 \@T;/Pj{[ e2> AL PS：在输出光场上划定线段 $Y\7E/T
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 P)hGe3
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 ~ ]9EhC'l
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 t! u>l
cx FyN ;7 )>iPx.hVSS
QQ：2987619807
