部分相干光相關(guān)誘導(dǎo)的光譜變化與光譜開(kāi)關(guān).pdf

1、光譜分析是最重要的科學(xué)分析手段之一.在光譜分析中,經(jīng)常假定光在自由空間傳輸中其光譜保持不變.在最近十多年,這一被認(rèn)為是理所當(dāng)然的假定受到了質(zhì)疑.1986年,美國(guó)著名的光學(xué)專(zhuān)家Wolf教授證明:當(dāng)光源的光譜相干度滿足所謂的定標(biāo)定律時(shí),從光源發(fā)出的光在傳輸中才保持光譜不變.反之,從違反定標(biāo)定律的光源發(fā)出的光在傳輸過(guò)程中,其光譜將會(huì)發(fā)生變化.這種現(xiàn)象稱(chēng)為相關(guān)誘導(dǎo)的光譜變化.之后,人們還發(fā)現(xiàn),當(dāng)滿足定標(biāo)定律的部分相干光被光闌衍射時(shí),在衍射光場(chǎng)也

2、會(huì)出現(xiàn)光譜變化.這種光譜變化有時(shí)也稱(chēng)為衍射誘導(dǎo)的光譜變化.在一般情況下,由兩個(gè)相同發(fā)光光譜的點(diǎn)光源發(fā)出的光在迭加區(qū)的歸一化光譜與兩個(gè)點(diǎn)光源的歸一化光譜不同.在迭加區(qū)的歸一化光譜被兩個(gè)點(diǎn)光源之間的相干性調(diào)制了.當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)光源是非相干的,迭加光場(chǎng)觀測(cè)到的歸一化光譜才等于點(diǎn)光源的歸一化光譜.凈均勻光源是自然界和實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的光源.可以得到從準(zhǔn)均勻光源發(fā)出的光在遠(yuǎn)場(chǎng)的光譜與光源光譜之間的關(guān)系.高斯—謝爾模型(GSM)光束是一種特殊的部分相干光束.G

3、SM光束的光強(qiáng)分布和空間相干度分布均為高斯分布的部分相干光束.我們研究了寬頻帶GSM光束在傳輸中的光譜變化.當(dāng)GSM光束在自由空間中傳輸,其光譜在一般情況下也會(huì)發(fā)生變化.這種光譜變化依賴(lài)于GSM光源的半徑w<,0>和有效相干寬度σ<,0>與頻率ω的依賴(lài)關(guān)系.根據(jù)光線傳輸矩陣的傳輸公式,我們還推導(dǎo)了GSM光束經(jīng)過(guò)ABCD光線傳輸矩陣描述的光學(xué)系統(tǒng)的傳輸公式.據(jù)此,我們可以發(fā)現(xiàn):GSM光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)傳輸之后,其光譜也會(huì)發(fā)生變化.這種光譜變

4、化不僅取決于GSM光束的參數(shù),而且還取決于光學(xué)系統(tǒng)的光線傳輸矩陣元.作為一個(gè)特殊的例子,我們研究了GSM光束經(jīng)過(guò)色差光學(xué)透鏡的聚焦.完全相干光被衍射光柵的衍射是一個(gè)熟知的光學(xué)過(guò)程.但是,當(dāng)部分相干光被衍射光柵的衍射時(shí),部分相干光的空間相干度對(duì)衍射光束的影響如何卻不清楚.我們研究了GSM光束經(jīng)過(guò)全息光柵的衍射.我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)一束GSM光束經(jīng)過(guò)全息光柵衍射,在衍射光場(chǎng)得到了三束GSM光束,即零級(jí)GSM光束和±1級(jí)GSM光束零級(jí)GSM光束的光譜變

5、化與GSM光束在自由空間中傳輸時(shí)的光譜變化情況相同.而±1級(jí)的光譜卻發(fā)生了很大的變化.這種光譜變化不僅依賴(lài)于全息光柵的頻率;而且還依賴(lài)于GSM光源的半徑和空間相干度.當(dāng)滿足定標(biāo)定律的寬頻帶部分相干光被光闌衍射時(shí),在衍射光場(chǎng)的光譜與光闌處光的光譜不同.我們發(fā)現(xiàn),在衍射光場(chǎng)的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的光譜均發(fā)生了變化.這種光譜變化取決于衍射光闌處部分相干光的空間相干度.在衍射光場(chǎng)的近場(chǎng),光譜分裂成兩個(gè)峰.我們還研究了另一類(lèi)型的部分相干光被光闌衍射時(shí),在衍

6、射光場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)生的光譜變化.理論結(jié)果表明,在遠(yuǎn)場(chǎng)處的光譜也發(fā)生變化,并且光譜位移隨著光闌處部分相干光的空間相干度的改變而呈現(xiàn)緩慢的變化.但是,當(dāng)光闌處的部分相干光的空間相干度等于某一特定值時(shí),在遠(yuǎn)場(chǎng)也發(fā)生光譜開(kāi)關(guān).另外,在遠(yuǎn)場(chǎng)的軸外點(diǎn)也出現(xiàn)光譜開(kāi)關(guān).并且,在不同的衍射角v的光譜探測(cè)器(輸出口)出現(xiàn)光譜開(kāi)關(guān)所對(duì)應(yīng)的空間相干度不同.據(jù)此,我們提出了1×N光譜開(kāi)關(guān).在這種光譜開(kāi)關(guān)中,通過(guò)控制輸入口(衍射光闌)的空間相干度,使特定衍射角的輸出口