论文摘要
在光谱分析中,人们一直假定光在自由空间传播过程中,其归一化光谱是保持不变的。在许多情况下,这个被称为光传输光谱不变性的假定被实验证明是正确的。然而,1986年Wolf教授证实,只有从满足所谓定标定律的光源发出的光,其归一化光谱在传播过程中才会保持不变。如果光源不满足定标定律,由该光源所发出的光即使在自由空间中传播时,其归一化光谱也将发生变化。人们将这种现象称为相关诱导光谱变化或“Wolf位移”。近年来的研究表明,当部分相干光经光阑衍射后,光场的归一化光谱也会发生变化。这种由衍射效应引起的光谱变化现象被称为衍射诱导光谱变化。本文运用部分相干光基础理论和广义衍射理论,从理论和实验两方面研究了多色部分相干光经过一定光学系统后的光谱变化和光谱开关现象。主要工作包括:1.从理论和实验两方面研究了多色部分相干光在消色差透镜几何成像系统中经单缝衍射的光谱变化现象,并对透镜的色差效应对衍射光光谱变化现象的影响进行了实验研究。2.从理论和实验两方面研究了多色部分相干光在杨氏双缝干涉实验中的光谱变化和光谱开关现象,并从实验上成功的观测到了光谱变化和光谱开关现象。3.从实验上研究了多色部分相干光在色差透镜几何成像面处的光谱变化和光谱开关现象,观测到了高光强的光谱开关现象。4.从实验上研究了多色部分相干光经光栅衍射的光谱变化现象,并从理论上进行了分析。研究结果表明,多色部分相干光经过以上四种光学系统后,与光源光谱相比其归一化光谱均会发生变化,并且光谱变化现象还受到光谱相干度、单缝缝宽、色差系数和入射光光谱宽度等参数的影响。这种光谱变化表现为光谱红移或光谱蓝移,在某些特定的条件下,光谱会从蓝移(红移)迅速转变为红移(蓝移),即出现光谱开关现象。这一现象已经被Kandpal教授从实验上证实。此外,理论研究表明,光谱奇异现象与奇点光学有着密切的联系。在现代物理光学中,人们把光场中振幅为零的点称为奇点。2002年,Gbur、Visser和Wolf等人在一项研究中阐明,当多色完全空间相干光被聚焦后,在聚焦光场中的奇点附近会发生光谱奇异现象。在本文中,我们还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。理论研究表明,在衍射场中的奇点附近会出现光谱蓝移和红移现象,在光学奇点处光谱发生光谱开关现象。这与Gbur等人描述的光谱奇异现象类似。此外,我们还讨论了不同菲涅耳波带片的光谱奇异现象,以及轴上点的光强分布。最后,根据以上理论和实验研究结果,我们提出了光谱变化和光谱开关在信息编码和传输中的潜在应用,并作了详细地描述。