部分相干光相關誘導的光譜變化與光譜開關.pdf

1、光譜分析是最重要的科學分析手段之一.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,這一被認為是理所當然的假定受到了質(zhì)疑.1986年,美國著名的光學專家Wolf教授證明:當光源的光譜相干度滿足所謂的定標定律時,從光源發(fā)出的光在傳輸中才保持光譜不變.反之,從違反定標定律的光源發(fā)出的光在傳輸過程中,其光譜將會發(fā)生變化.這種現(xiàn)象稱為相關誘導的光譜變化.之后,人們還發(fā)現(xiàn),當滿足定標定律的部分相干光被光闌衍射時,在衍射光場也

2、會出現(xiàn)光譜變化.這種光譜變化有時也稱為衍射誘導的光譜變化.在一般情況下,由兩個相同發(fā)光光譜的點光源發(fā)出的光在迭加區(qū)的歸一化光譜與兩個點光源的歸一化光譜不同.在迭加區(qū)的歸一化光譜被兩個點光源之間的相干性調(diào)制了.當兩個點光源是非相干的,迭加光場觀測到的歸一化光譜才等于點光源的歸一化光譜.凈均勻光源是自然界和實驗室常見的光源.可以得到從準均勻光源發(fā)出的光在遠場的光譜與光源光譜之間的關系.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GSM光束在自由空間中傳輸,其光譜在一般情況下也會發(fā)生變化.這種光譜變化依賴于GSM光源的半徑w<,0>和有效相干寬度σ<,0>與頻率ω的依賴關系.根據(jù)光線傳輸矩陣的傳輸公式,我們還推導了GSM光束經(jīng)過ABCD光線傳輸矩陣描述的光學系統(tǒng)的傳輸公式.據(jù)此,我們可以發(fā)現(xiàn):GSM光束經(jīng)過光學系統(tǒng)傳輸之后,其光譜也會發(fā)生變化.這種光譜變

4、化不僅取決于GSM光束的參數(shù),而且還取決于光學系統(tǒng)的光線傳輸矩陣元.作為一個特殊的例子,我們研究了GSM光束經(jīng)過色差光學透鏡的聚焦.完全相干光被衍射光柵的衍射是一個熟知的光學過程.但是,當部分相干光被衍射光柵的衍射時,部分相干光的空間相干度對衍射光束的影響如何卻不清楚.我們研究了GSM光束經(jīng)過全息光柵的衍射.我們發(fā)現(xiàn)當一束GSM光束經(jīng)過全息光柵衍射,在衍射光場得到了三束GSM光束,即零級GSM光束和±1級GSM光束零級GSM光束的光譜變

5、化與GSM光束在自由空間中傳輸時的光譜變化情況相同.而±1級的光譜卻發(fā)生了很大的變化.這種光譜變化不僅依賴于全息光柵的頻率;而且還依賴于GSM光源的半徑和空間相干度.當滿足定標定律的寬頻帶部分相干光被光闌衍射時,在衍射光場的光譜與光闌處光的光譜不同.我們發(fā)現(xiàn),在衍射光場的近場和遠場的光譜均發(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.在衍射光場的近場,光譜分裂成兩個峰.我們還研究了另一類型的部分相干光被光闌衍射時,在衍

6、射光場的遠場發(fā)生的光譜變化.理論結(jié)果表明,在遠場處的光譜也發(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,當光闌處的部分相干光的空間相干度等于某一特定值時,在遠場也發(fā)生光譜開關.另外,在遠場的軸外點也出現(xiàn)光譜開關.并且,在不同的衍射角v的光譜探測器(輸出口)出現(xiàn)光譜開關所對應的空間相干度不同.據(jù)此,我們提出了1×N光譜開關.在這種光譜開關中,通過控制輸入口(衍射光闌)的空間相干度,使特定衍射角的輸出口