建模目的：使用VirutalLab模拟脉冲在自由空间的传输 6<sd6SM
:V1ttRW}52 使用工具箱：基本工具箱 f49pIcAq
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脉冲参数：脉冲宽度为10fs，载波波长800nm，包含29个谐波场 0$)CWah
2E~WcB 自由空间传输距离：10mm D<}z7W-
&Y Q VirtualLab脉冲建模的一些概念的介绍 :;[pl|}tM
Ay7I_" % 1) 脉冲传输 ,ra!O=d~0
, ~^0AtLv 作为任意的电磁场，脉冲由电场矢量E（r, t）和磁场矢量H（r, t），共六个矢量分量来表示，这六个分量均为实值函数，后面我们用函数U（r, t）表示其中任意一个分量 `"CIy_m O~t]:p9_
VirtualLab可以模拟脉冲传输，在一个输入平面 定义脉冲，此后脉冲传输通过一个系统并在输出平面 显示，数学表达式如下： KT1/PWa 2) 复数场 9kmEg$WM
*`~
woF 传输时间用 来表示 VOc_7q_=
{)j~5m.,/o 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 2xBIfmR^y
+<5q8{]Pk 脉冲的载波频率为 `#O%ZZ+
nx #0*r}5 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： P%?|V _ m Rf *we+ 3) 时间傅里叶变换 y V=Ku
gO>XNXN{ 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： +/u)/ey 3m
RP.<= 类似的定义同样适用于复数场 *|)a@V L
<9zzjgzG{c 4) 包络函数 VyQ@. Lm
:
utY4 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： ;pk4Voo$ 其对应的频域谱为： S0,q@L V
+NML>g#F~z 
KGs S 2
9a\H+Y~ 1) 构建脉冲光源 \o-9~C\c* a%\6 L )`,|| sQ PS:高斯脉冲光谱窗口 +ucj>g1(#
pib i# 生成的载波波长为800nm的高斯脉冲光谱 X[' VZz7
zNAID-5K; 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 =;9
%Q{
&BF97%E2 STEP1：选择高斯光源(Gaussian Wave) 9f UD68Nob
p~(+4uA STEP2：在光源窗口选择光谱参数(Spectral Parameters) R/!lDv!
Jo%`N#jG STEP3：在功率谱类型中选择波长列表(List of Wavelengths) %S$P<nKN5
#vwK6'z STEP4：选择从图表中导入(Load from Diagram) 54[#&T$S
a1^CpeG~ STEP5：选择上面生成高斯脉冲光谱 9jwcO)p^
c@SNbY4}% STEP6：OK，以生成高斯脉冲光源 k2bjBAT
Y-I u&H+\ 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 Zv[D{
\<e? 
0. pZlv
)FLDC er 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 MP/@Mf\<E 
pm2-F] PS:在分析器中双击Optical Path Length Analyzer (OPLA)
PS：光程分析器窗口 HgGwV;W
6) 点击
，进行光程分析 }I }/ e
v Ux[2 +Cf PS1：左图为相位vs频率图 0B}O&DC%|
7Sha u%2C 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) W D/\f$ 4
]izrr 7) 查看探测器结果Detector Results ，获得（考虑色散的）时间偏移 |Do+=Gr$t@ PS1：时间偏移量为33.3656ps G3.*fSY$.<
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 l w\+!}8( wDQ@$T^vh PS:在中心位置处测量光场随波长变化 M&Q zsVH
PS：中心位置处不同波长对应的电场振幅 5taR[ukM
9) 点击
键，对上述结果进行逆向时间傅里叶变换 rCK
N F$k~r 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 Ob ~7w[n3
PS：电场振幅在时域中的分布 \T'.b93~B
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 -1_ WE/Ps
[ Xa,| PS:转换为真实的场 o*k.je1
PS：将包络函数转换为真实场 h6CAd-\x\
11) 其它场测量工具
A
".v+
`e`}dgf0S| 线测量工具
，即显示某线段上光场的分布及特性 IZ/PZ"n_( PFKl6_( PS：在输出光场上划定线段 DX2_} |$!
PS：选择线测量工具，测量光场随波长的变化 >^=;b5 I2K
PS：获取线段上不同波长对应的电场振幅 K N Y
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 { 4 n
zAW+!C. JpRn)e'Z
QQ：2987619807
