建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 Y>xi|TWN
E]e, c d 使用工具箱：基本工具箱 \8=e |a5`
q-A`/9 脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 F_ ,L 2J
0m] ~J_ 自由空间传输距离：10mm x%_qJ]o
8f /T!5 VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 $o/0A
s"pR+)jf1D 1) 脉冲传输 MMd0O X)P
YtV |e|aD 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 }pbBo2 T@%;0Ro~
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： pg} ~vb" 2) 复数场 Pd)K^;em
7( yXsVq 传输时间用 来表示
_8,vk-,'
fO[Rf_ 脉冲在时间上的宽度为 ，简称脉宽，一般脉宽长短依赖于横向位置并且随着传播改变 |h#DL$
"Czz,;0 脉冲的载波频率为 73&]En
dE 3i= 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： X{5v?4wI _F}IF9{?G 3) 时间傅里叶变换 L4\SB O
B
rez&3[ 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： [ $hptQv ,:0Q1~8 类似的定义同样适用于复数场 H a rFo
*,O
:>Z5I 4) 包络函数 FBR$,j;Y
zF[3%qZE:T 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： a) I=U [ 其对应的频域谱为： ir9Q##f
K*([9VZ 
o|rGy 5
7bgnZ]r8t 1) 构建脉冲光源 s|{^ }4{ 5QqJ I#4~ aX>4Tw PS:高斯脉冲光谱窗口 mp&Le YYn
sh ',"S#=@ 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 GCf._8;%
#Pb7E L#c 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 M!xm1 -,[
OhSt6&+ STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) 4f@ havFIJ
C5:dO\?O STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) \j,v/C@c-
N: UDbLjw~ STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) ]ro1{wm!WU
1A|x$j6m STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) m~= ]^e
]>VJ--fH STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 t7U,AQ=;P5
eZ8Y"i\!y STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 _|^&eT-u
Ev$-P X 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 p%1xj2 ?nN
sx;V,"Y 
<2o., 2?G
? 1-n\ka 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 f{+LCMbC6 
%S(#cf!HP PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 \,@Yl.,+
6) 点击
，进行光程分析 Ovl?j&8 }\PE { PS1：左图为相位vs频率图 Ovaj":L
D]G'R5H 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) v$.JmL0^J
c{]r{FAx9o 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 T>%uRK$ PS1：时间偏移量为33.3656ps J^s< x#C
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 6KIjq[T^ U& Sbm~Qi PS:在中心位置处测量光场随波长变化 gJcXdv=]2
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 V<~_OF
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 HdY3DdC%q
bG?WB,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 W[1 f]w3
PS：电场振幅在时域中的分布 m>Z\
rqOK
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 Sob $j
0bnVIG2q PS:转换为真实的场 LAK-!!0X
PS：将包络函数转换为真实场 <u x*r#a!d
11) 其它场测量工具 UuOLv; v
:YRzI(4J 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 Vtz yB s5 zGg]0 PS：在输出光场上划定线段 ,/w852|ub
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 {g!exbVf
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 ! 6p)t[ s
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 >
"j.oR}s9?# $3]E8t
QQ：2987619807
