光傳輸中的光譜變化和光譜開關.pdf

1、在光譜分析中，人們一直假定光在自由空間傳播過程中，其歸一化光譜是保持不變的。在許多情況下，這個被稱為光傳輸光譜不變性的假定被實驗證明是正確的。然而，1986年Wolf教授證實，只有從滿足所謂定標定律的光源發(fā)出的光，其歸一化光譜在傳播過程中才會保持不變。如果光源不滿足定標定律，由該光源所發(fā)出的光即使在自由空間中傳播時，其歸一化光譜也將發(fā)生變化。人們將這種現(xiàn)象稱為相關誘導光譜變化或“Wolf 位移”。近年來的研究表明，當部分相干光經(jīng)光闌衍射

2、后，光場的歸一化光譜也會發(fā)生變化。這種由衍射效應引起的光譜變化現(xiàn)象被稱為衍射誘導光譜變化。 本文運用部分相干光基礎理論和廣義衍射理論，從理論和實驗兩方面研究了多色部分相干光經(jīng)過一定光學系統(tǒng)后的光譜變化和光譜開關現(xiàn)象。主要工作包括： 1.從理論和實驗兩方面研究了多色部分相干光在消色差透鏡幾何成像系統(tǒng)中經(jīng)單縫衍射的光譜變化現(xiàn)象，并對透鏡的色差效應對衍射光光譜變化現(xiàn)象的影響進行了實驗研究。 2.從理論和實驗兩方面研究了

3、多色部分相干光在楊氏雙縫干涉實驗中的光譜變化和光譜開關現(xiàn)象，并從實驗上成功的觀測到了光譜變化和光譜開關現(xiàn)象。 3.從實驗上研究了多色部分相干光在色差透鏡幾何成像面處的光譜變化和光譜開關現(xiàn)象，觀測到了高光強的光譜開關現(xiàn)象。 4.從實驗上研究了多色部分相干光經(jīng)光柵衍射的光譜變化現(xiàn)象，并從理論上進行了分析。 研究結果表明，多色部分相干光經(jīng)過以上四種光學系統(tǒng)后，與光源光譜相比其歸一化光譜均會發(fā)生變化，并且光譜變化現(xiàn)象還受

4、到光譜相干度、單縫縫寬、色差系數(shù)和入射光光譜寬度等參數(shù)的影響。這種光譜變化表現(xiàn)為光譜紅移或光譜藍移，在某些特定的條件下，光譜會從藍移（紅移）迅速轉變?yōu)榧t移（藍移），即出現(xiàn)光譜開關現(xiàn)象。這一現(xiàn)象已經(jīng)被Kandpal教授從實驗上證實。 此外，理論研究表明，光譜奇異現(xiàn)象與奇點光學有著密切的聯(lián)系。在現(xiàn)代物理光學中，人們把光場中振幅為零的點稱為奇點。2002年，Gbur、Visser和Wolf等人在一項研究中闡明，當多色完全空間相干光被聚

5、焦后，在聚焦光場中的奇點附近會發(fā)生光譜奇異現(xiàn)象。在本文中，還討論了多色完全空間相干光經(jīng)菲涅耳波帶片衍射后，光學奇點附近的光譜變化和光譜開關現(xiàn)象。理論研究表明，在衍射場中的奇點附近會出現(xiàn)光譜藍移和紅移現(xiàn)象，在光學奇點處光譜發(fā)生光譜開關現(xiàn)象。這與Gbur等人描述的光譜奇異現(xiàn)象類似。此外，還討論了不同菲涅耳波帶片的光譜奇異現(xiàn)象，以及軸上點的光強分布。 最后，根據(jù)以上理論和實驗研究結果，提出了光譜變化和光譜開關在信息編碼和傳輸中的潛在應