建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 6)Y.7 XR
6] W=nAD 使用工具箱：基本工具箱 23N w!6S
TU:7D f 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 8B\2Zfe
de p= & 自由空间传输距离：10mm #~C]ZrK
Qo;zHZ' VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 Cjc6d4 ~
ki?S~' a 1) 脉冲传输 {q `jDDM
??M"6k 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 >[*8I\ *@n j g8fU
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： M%2+ y5 2) 复数场 ms*(9l.hOK
<{V(.=11 传输时间用 来表示 '>cKH$nVC}
AiEd !u. 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 2jR r,Nl
psg) *'r 脉冲的载波频率为 [AYOYENp-
Ye2 {f"F 在光学中使用实数场表示会带来很多计算上的不便，为方便计算人们往往使用复数场Uc表示光场分量，在VirtualLab中也是这样。复数场Uc和实数场U之间的关系是： @~!wDDS VyzS^AH K 3) 时间傅里叶变换 62 k^KO6Y
c:<005\ Bg 任意点
处，光场的时域分布和对应的频域分布由傅里叶变换联系起来，如下所示： Y2n!>[[. fI{&#~f4C 类似的定义同样适用于复数场 Sjv dirr
= =3dEJS 4) 包络函数 j bVECi-
:.Jf0 VirtualLab在模拟中使用了包络函数 的概念。包络函数是以 为中心时脉冲时域分布并除去载波因子 后剩余的部分。因此，其定义如下： x[h^[oF0 其对应的频域谱为： D~hg$XzK
>7I15U 
Z>)Bp /-
PsnWWj?c 1) 构建脉冲光源 w<Wf?a G [N7{WSZ& 8$ 6Y{$&C PS:高斯脉冲光谱窗口 jc uB
xTj|dza 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 ([SU:F!uW(
B@&4i?yJ 2) 创建光路图LPD，选择高斯光源，并将高斯脉冲光谱导入高斯光源中，以形成脉冲光源 /67 h&j
(.D~0a JU STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) nuk*.Su
,]46I.] STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) =Je[c,&j$?
';3{T:I STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) +x0!*3q
_ FpTFfB STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) 1_9<3,7
Q.l}NtHwV STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱
^
D aBz\
h"X;3b^ m STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 ,K9*%rW)
9oY gl1}d 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:K .F
O(fM?4w 
63\/ *
NNB
CyS$|E 5) 引入光程分析器（Optical Path Length Analyzer，以下简称OPLA），以获取脉冲的时间偏移 ?}wk.gt> 
+R3k-' > PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 r[|Xy>Zj
6) 点击
，进行光程分析 B3We|oe !
} Yb[ PS1：左图为相位vs频率图 b$N 2z
>3p \m 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) i3tg6 o4C
c G[ l!Z 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 C 3^JAP PS1：时间偏移量为33.3656ps g;pcZ 9o
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 = bfJ^]R u(@$a 4z PS:在中心位置处测量光场随波长变化 k.uH~S _
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 :flx6,7D
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 "|EM;o
:ci5r;^ 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 NCiW^#b
PS：电场振幅在时域中的分布 KI)M JG:t
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 %RTBV9LIXr
>" )Tf6zw& PS:转换为真实的场 3eb%OEMYk
PS：将包络函数转换为真实场 Bo)3!wO8
11) 其它场测量工具 2^r <{0@n
}JF13beU 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 ]OM"ZG/^ e^8 O_VB PS：在输出光场上划定线段
SW H2
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 5 h-@ |t
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 L uq#9(P
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 k
Z?=AXu
&TUWW /?T NSxoF3
QQ：2987619807
