运用部分相干光基础理论和广义衍射理论, 从理论上主要研究了多色部分相干光经过多缝系统后的光谱变化和光谱开关现象。讨论了多色完全空间相干光经菲涅耳波带片衍射后, 光学奇点附近的光谱变化和光谱开关现象, 并且运用Mathcad数值计算软件对光谱变化和光谱开关现象在不同参数下进行研究。根据以上理论和实验研究结果, 描述了光谱变化和光谱开关在信息编码和传输中的潜在应用。
光谱变化 光谱开关 部分相干光 衍射 多缝干涉 spectral change spectral switch partial coherent light diffraction multi-slit interference
湖北第二师范学院物理与电子信息学院, 湖北 武汉 430205
根据惠更斯菲涅耳原理，推导得到多色完全空间相干光在杨氏双圆孔干涉远场的光谱分布表示式，并进行了详细的数值分析。结果表明，观察屏上与y轴成45°角的斜直线上光谱开关数目随双圆孔中心遮拦比的增大而减少，光谱开关间距趋于相等；而该斜直线上任一固定点处的光谱开关间距却随之不断缩小。分析计算还表明，在平行于双圆孔中心连线的x轴上的光谱分布与双圆孔中心遮拦比无关，光谱开关间距相等，改变圆孔半径大小可以控制x轴上的光谱开关数目。在与双圆孔中心连线垂直的y轴上，光谱分布与空间点的位置坐标、圆孔半径及双圆孔中心遮拦比均有关，随着中心遮拦比的增大，光谱开关间距趋于相等。
物理光学 多色空间相干光 杨氏双圆孔干涉实验 双圆孔中心遮拦比 光谱开关 激光与光电子学进展
2013, 50(12): 122601
1 西安邮电学院电子与信息工程系,陕西 西安 710062
2 云南师范大学物理与电子信息学院,云南 昆明 650029
基于空间频率域交叉谱密度函数的传输公式,推导了有球差多色部分空间相干 光被光阑衍射后轴上点 光谱的解析表达式,而完全空间相干光的结果可作为本公式的特例。着重分析了球差对一阶光谱开关的影响, 结果表明,球差会引起光谱移动的不同和光谱开关临界位置的变化。
物理光学 光阑衍射 光谱开关 球差 physical optics aperture diffraction spectral switches spherical aberration
电子科技大学 空天科学技术研究院, 成都 610054
研究了超短高斯脉冲光束经线性排列的矩形光阑阵列衍射后的远场光谱奇变现象。基于菲涅耳积分公式, 通过将光阑函数展开为有限项复高斯函数的叠加, 得到了超短脉冲光束经线性排列的小孔光阑阵列衍射后的谱强度解析表达式, 并对衍射场的光谱红移和蓝移现象进行了数值计算和分析, 分析了小孔间距和光阑半径对光谱强度的影响。研究表明：在衍射场的某些观测点, 即在调制函数为零的位置附近, 存在光谱开关现象。
光谱开关 高斯脉冲 光阑阵列 菲涅耳公式 光谱奇变 spectral switch Gaussian pulsed beam apertures array Fresnel formula anomalous spectral
为了统一地研究多色高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝衍射后在近场和远场的光谱移动和光谱开关现象，利用部分相干光的广义衍射积分公式，得到了多色GSM光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后的谱强度解析表达式。从该式可看出，多色GSM光束轴上光谱移动的成因是不同频率成分的光具有不同的菲涅耳数。利用谱强度解析式并以自由空间作为ABCD光学系统的典型代表，对多色GSM光束在近场轴上和远场轴外的光谱移动和光谱开关现象作了数值计算研究。结果表明，所得谱强度解析表达式对GSM光束通过杨氏双缝衍射后的光谱移动和光谱开关现象的研究有一定的理论价值。
物理光学 谱强度解析表达式 多色高斯-谢尔模型光束 杨氏双缝 ABCD光学系统 光谱移动 光谱开关 physical optics analytical spectral density formula polychromatic Gaussian-Schell model beam Young’s double-slit ABCD optical system spectral shift spectral switch
四川大学 激光物理与化学研究所,成都 610064
研究了高阶贝塞尔脉冲光束通过色散光阑透镜的光谱和时间空间特性.结果表明:脉冲光束在几何焦面上会出现光谱开关,透镜色散使产生光谱开关的临界位置向z轴移动;透镜一阶色散使几何焦面上峰值光强减小,并使脉冲波形产生显著时间移动和展宽,而二阶和高阶色散的影响较小.此外,光束阶数n和空间参量α也会影响横向光强分布.
激光光学 高阶贝塞尔脉冲光束 光谱开关 色散光阑透镜 传输特性 Laser optics Higher-order Bessel pulsed beam Spectral switch Dispersive aperture lens Propagation property
1 四川大学 激光物理与化学研究所，成都 610064
2 洛阳师范学院 物理系，河南 洛阳 471022
从惠更斯-菲涅耳衍射积分公式出发，对飞秒光脉冲在杨氏实验中的光谱移动和光谱开关做了研究和数值分析.结果表明，飞秒光脉冲在杨氏实验中也会出现光谱移动和光谱开关.一般情况下，光谱开关与脉冲宽度、载波频率、遮拦比和场点位置有关.光谱开关的数目随遮拦比的减小而减小，而发生光谱开关处的相对光谱移动随载波频率和脉冲宽度的减小而增加.因光谱开关极小值Smin=0，所以光谱开关属于奇点光学现象.可通过适当改变遮拦比来实现信息编码和信息传输.
飞秒光脉冲 杨氏干涉实验 光谱移动 光谱开关 Femtosecond optical pulse Young′s interference experiment Spectral shift Spectral switch
1 集美大学理学院物理系, 福建 厦门 361021
2 华侨大学信息科学与工程学院光子研究所, 福建 泉州 362021
在多色空间完全相干光经过环形光阑衍射后远场处光谱变化的基础上进一步研究近场处的光谱行为, 并给出了详细的数值计算结果和具体实例。研究表明, 在一般情况下近场光谱与源光谱有所不同, 近场光谱与源光谱和光谱变换因子成正比, 而光谱变换因子则取决于中心拦截比ε和观察点到光阑的距离z以及观察点到z轴的距离r, 并且随着中心拦截比的增大近场光谱性质逐渐表现出远场光谱的特性。数值计算结果表明, 同远场一样重要的光谱变化发生在衍射光强为零的点附近, 即奇点一侧光谱发生红移, 奇点另一侧光谱发生蓝移, 而在奇点处光谱则发生了红移和蓝移之间快速的转变。
物理光学 衍射 光谱奇异 光谱开关 环形光阑 近场
1 宜宾学院计算物理四川省高校重点实验室, 四川 宜宾 644000
2 四川大学激光物理与化学研究所, 四川 成都 610064
在静态散射的框架内,以高斯光束透过表面粗糙的绝缘板的远场谱强度为例,对散射诱导的光谱变化做了研究。前散射光的谱强度相对源光谱可能有红移和蓝移,某些条件下还会产生光谱开关。在影响散射光谱强度的诸参数中,板的厚度相对平均厚度的差值H参数起主要作用。当H=0时,归一化谱强度保持不变。散射诱导的多色高斯光束远场光谱开关属于“奇点光学”效应。
光谱学 奇点光学 散射诱导 多色高斯光束 光谱移动 光谱开关
基于索末菲(Sommerfeld)衍射积分公式,对色散介质中超短脉冲厄米-高斯光束在相位奇点附近的光谱异常行为进行了研究,并与真空中的光谱异常行为进行了比较。结果表明,超短脉冲厄米-高斯光束的轴上光谱蓝移,蓝移大小与群速度及脉冲宽度有关,而与群速度色散无关。色散介质中的相对光谱移动略小于真空中的相对光谱移动,脉冲宽度越大,相对光谱移动越小。光谱开关的位置与横向距离、传输介质和厄米函数阶数m, n有关,而与脉冲宽度无关。光谱开关的横向距离小于真空中的相应阶的光谱开关的横向距离,并且随光谱开关的阶数增加,真空和色散介质的相对光谱移动均缓慢减小。
物理光学 奇点光学 光谱异常 厄米-高斯光束 色散介质 光谱开关
