Spectral Anomalies in the Fraunhofer Diffraction Pattern

We study the spectral characteristics theoretically and experimentally in the Fraunhofer diffraction pattern formed by the diffraction of a spatially coherent, polychromatic light through a slit. It is found that the spectrum in some diffraction directions close to the singular direction is redshifted, compared to the spectrum of the incident polychromatic light, and blueshifted in other directions, and splits into two lines at the singular direction. We show that the experimental results are consistent with the theoretical expectations.     

The spectral changes of partially coherent light focused by an apertured lens with chromatic aberration

The spectral changes of a partially coherent polychromatic light focused by an apertured lens with chromatic aberration are investigated. It is demonstrated that the spectrum in the focused field is different from that in the aperture. Comparing with the spectrum in the aperture, the spectrum in the focused field shifts to lower or higher frequency, which is defined as a spectral shift. The influence of chromatic aberration of the lens, the coherence of the partially coherent light in the aperture, the radius of the aperture, and the spectral width of the spectrum of the aperture on the spectral shift are investigated in detail. The numerical results show that these parameters affect the spectral shift noticeably.     

部分相干电磁光束在湍流介质中传输的偏振变化

 从推广的惠更斯-菲涅尔原理出发，推导出了部分相干电磁光束的偏振态在湍流介质中传输的表达式。并以电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束为例，研究了湍流对电磁高斯-谢尔模型光束偏振态的影响。研究结果表明，对于轴上点，湍流介质的折射率结构常数越大，偏振度趋于最大值的速度越快，达到的最大值越小；光斑越大，偏振度达到最大值的位置离光源越远，在光斑增大的过程中，偏振度所达到的极大值会先增大后减小，最后保持与光源相同的偏振度不变。对于轴外点，一个固定的z，光的偏振度随着离轴距离的增大而逐渐下降，并最终等于零。折射率结构常数越大，偏振度随离轴距离的增大而下降得越缓慢；光斑越大，偏振度随离轴距离的增大下降得越快。     

杨氏双缝干涉实验中的光谱奇异现象

基于部分相干光的传输理论,研究了杨氏双缝干涉实验中的光谱奇异现象。发现在杨氏双缝干涉实验干涉场区中的某个点的光谱奇异现象,它会随着某些参量(如源光谱宽度Γ′,缝宽参量ε,相对空间相干度Δ0)的变化而改变,指出该现象可应用于信息的编码及自由空间的信息传输。     

杨氏双缝干涉实验的光谱变化

从理论和实验上研究了当部分相干光照射在双缝上时,杨氏双缝干涉实验干涉场中的光谱变化.指出干涉场中的归一化光谱在某些空间点处出现了蓝移,在另外一些空间点处出现了红移,而在这些空间点的中间,光谱分裂为等值的两条,出现了光谱开关现象.发现当观察点从轴上向轴外移动的过程中,在很多空间观察点处都出现了光谱开关现象.此外,研究结果还表明光谱相干度将对光谱的移动和光谱开关现象产生重要的影响.     

衍射效应诱导涡旋光束的偏振度变化

基于惠更斯-菲涅耳衍射原理以及部分相干光的相干与偏振的统一理论,研究了衍射效应诱导部分相干涡旋光束的偏振度变化.通过理论分析与数值计算表明,部分相干涡旋光束经圆孔衍射后偏振度将发生变化,在衍射场中光束的偏振度分布情况与入射光束的相干度、入射光束的拓扑电荷数、衍射孔径的大小等因素有关.     

Propagation of Gauss--Bessel beams in turbulent atmosphere

This paper studies the propagation properties of Gauss--Bessel beams in a turbulent atmosphere. Based on the extended Huygens--Fresnel principle, it derives the intensity distribution expression for such beams propagating in a turbulent atmosphere. Then the influence of turbulence and source beam parameters on the beam propagation is studied in great detail. It finds that the intensity distribution of Gauss--Bessel beams will change into Gaussian profile in a turbulent atmosphere, and that stronger turbulence and smaller topological charges will lead to a faster changing.     

随机电磁光束的广义斯托克斯参数实验测量

利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后,用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理,检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度,得到光束的交叉谱密度矩阵,进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明,同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.     

克尔介质表面缺陷对高斯-谢尔模型光束的调制

利用惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,推导了高斯-谢尔模型光束经非线性克尔介质的表面缺陷调制后的交叉谱密度公式,研究了受调制高斯-谢尔光束的光强演化特性。数值模拟表明:缺陷也可导致部分相干光束在介质后表面产生一个极强点,缺陷越大,极强点越远离介质。非线性折射率为正值或负值的介质也分别使部分相干光束发生会聚或发散现象。空间相干长度越长以及附加相移和缺陷尺寸越大,光场受调制越厉害。     

基于光束的相干特性拓展双缝实验教学实验内容

对部分相干光束的双缝实验干涉条纹进行了研究。利用转动的毛玻璃以及两个透镜构成了一个简单的产生部分相干光束的光学系统,通过调整毛玻璃与两个透镜的共焦点之间的距离,可以定量地控制光束的相干性。对不同相干性的光束经过双缝干涉之后的光强进行了实验观测,发现光束的相干性会对双缝干涉条纹的衬比度产生影响,光束的相干性越低,条纹衬比度也越小。并对实验结果进行了理论模拟,理论数值模拟的结果与实验观测结果基本一致。