建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 hVM2/j
Vo M 6 使用工具箱：基本工具箱 n P1GW6Pu
1"YpO"Rh 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 ^C7C$TZS
J {tVa(. 自由空间传输距离：10mm $P nLG]X
W5Zqgsy($F VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 #9:2s$O[x
#wjH4DT 1) 脉冲传输 Ly>OLI0x_
|dk[cX> 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 qfr Ni1\9- X;VQEDMPU
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： =9$mbn
r 2) 复数场 uR_F,Mp?%u
8+&JQ"UaB 传输时间用 来表示 opD-vDa h
5)M 2r!\ 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 !re1EL
*
t!r@k 脉冲的载波频率为 r~>,$[|n})
wkBL=a 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： sV2iITF p K5`Rk" s 3) 时间傅里叶变换 p `P~i&_
QVtM.oi!Q 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： URw 5U1 BJ5}GX! 类似的定义同样适用于复数场 w4 %AJmt
E\$C/}T 4) 包络函数 Cj^{9'0
# SnvV VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： 3Aj*\e0t 其对应的频域谱为： Wi$dZOcSJ
%Q~CB7ILK 
}ZzLs/v%X
PJ
q yvbD 1) 构建脉冲光源 o@k84+tn( R#eg^7HfX > 0.W`j(s PS:高斯脉冲光谱窗口 AIZBo@x g
&tE.6^F 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 Ns=AjhLc z
, }J_:\j 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 gQouOjfP
; Lq l_1 STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) =k{`oO~:9+
`.v( fC STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) AGq>=avv
s 3r=mp{ STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) OYmi?y\
VQxpN 1 STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) D7 ?C
q p~g P STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 n]N 96oD
0LL c 1t>} STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 S$[k Q|Am
b ,<9 3) 选择虚拟屏作为探测器，并将光源与虚拟屏连接起来，二者间距离设置为10mm MGt]' }
Vrp[r *V@E 
\ x+ 3f
7r
0,>
3" 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 z"
QJhCh7 
k6**u PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 d,cN(
6) 点击
，进行光程分析 Ws Oi,oG@ +j[oE I`e PS1：左图为相位vs频率图 la^
DjHA$
:}q\tNY< 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) i7Z =|&
@pza>^wk 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 N_DT7
PS1：时间偏移量为33.3656ps )S@jDaU<
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 G/?~\
}:s
Lm%GR[tyQ PS:在中心位置处测量光场随波长变化 'Kbl3fUF
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 6}dR$*=
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 R; } 22s
ma& To= PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 0$P/jt
PS：电场振幅在时域中的分布 #kmh:P
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 :k,Q,B.I
7Z,/g|s}z PS:转换为真实的场 L;6.r3bL
PS：将包络函数转换为真实场 2 eP ;[o
11) 其它场测量工具 =
+Xc4a
-yx/7B5@ 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 r':TMhzHq? O #kq^C} PS：在输出光场上划定线段 v"Jgw;3
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 e}{U7xQm1
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 8E^@yZo{
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 1|Q vN1?
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QQ：2987619807
