建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 =o,6iJ^?$m
8i?:aN[.1b 使用工具箱：基本工具箱 W< :7z
J+f*D+x1 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 oTxE]a,
Q1u/QA:z7 自由空间传输距离：10mm f
_*F &-L
6 9EdMuf VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 >vc$3 %L[$
S2"H E` 1) 脉冲传输 Y
#6G&)M
+jGSD@32> 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 C?7I(b: }:4b_-&Q5
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： vFl06N2 2) 复数场 U9:I"f,
l5CFm8% 传输时间用 来表示 gSXidh}^
[BKX$A:Y 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 5!iBKOl#D
M%qHf{ B 脉冲的载波频率为 n 8'#'^|
rnS&^ 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： N9 gbj%+ @0U={qX 3) 时间傅里叶变换 Eh/Z4 pz T
~)IiF.I b 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： 3.<E{E!F gP:H_nVh 类似的定义同样适用于复数场 0XUWK@)P
1_6oM/?' 4) 包络函数 /m(v5v7(
h!q_''*; VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： .%T.sQ 其对应的频域谱为： 8$V:+ u
Z<@dM2b) 
KkD&|&!Q7u
bz\-%$^k 1) 构建脉冲光源 *_CzCl^
< r7s,][& (bo-JOOdY( PS:高斯脉冲光谱窗口 BoHpfx1C
|++\"g 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 \ O(~:KN
/YT _~q=: 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 XCUU(H
6Dz N.fz STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) !pAb+6~T
0mi$_Ld+ STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) n|AV7c
PiZU _~A STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) : XaBCF*
b&\f 8xZ STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) IT=<p60"
n,8bQP=& STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 n>\2_$uDI
= &"x6F.` STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 9HBRWh6
B`?}jJa9* 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 &^1{x`Qo=
~zph,bk 
y';"tD Fb
"1|\V.>>; 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 w$4*/D}Y 
hG8<@ PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 pUD(5v*0R
6) 点击
，进行光程分析 crl"Ec q !4eVg* PS1：左图为相位vs频率图 t5;)< N`
!@4 i:,p@ PS2：由左图可见相位大致随频率线性变化，因此可对其进行线性拟合。在全相位中提取出线性拟合部分，剩余相位随频率的变化如右图所示。剩余相位是介质色散的结果，若介质无色散则相位完全线性的随频率变化，剩余相位为零(或任意常数) Z+g9!@' a
jHQnD]Hr 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 DuI>z?bS PS1：时间偏移量为33.3656ps UWo*%&J
8) 使用VirtualLab提供的场测量工具，选择点测量（Point Evaluation）即显示某一点上光场的特性 r}i}4K[1 r2G38/K PS:在中心位置处测量光场随波长变化 B<\HK:%{
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 ?'RB'o~
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 gnN"6r1
xZ(ryE% PS：输入OPLA探测的时间偏移量33.3656ps以使变换结果居中于该时间点 E(g$f.9
PS：电场振幅在时域中的分布 am+w<NJ(us
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 DVz_;m 6)
J^y?nE(j PS:转换为真实的场 e6gLYhf&
PS：将包络函数转换为真实场 Ld?'X=eQ
11) 其它场测量工具 |qz&d= >
= :BTv[lv 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 L%;[tu(* E{BX $R_8 PS：在输出光场上划定线段 \[&&4CN{
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 5jAS1XG
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 , {X}C
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 i|[**P
NOFuX9/'w q Ni`OVh&
QQ：2987619807
