光场的非傍轴性对光谱移动和光谱开关的影响

利用瑞利衍射积分公式，推导出多色高斯光束被硬边光阑衍射后光谱的解析公式，傍轴近似的光谱公式可作为特例得到.着重研究了束腰宽度与中心波长之比w₀/λ₀和截断参数δ对光谱移动和光谱开关的影响.结果表明，只有当w₀/λ₀和δ满足一定条件时，傍轴近似结果才与非傍轴结果一致.光场的非傍轴性会引起光谱移动不同和产生光谱开关的临界位置变化. 关键词： 非傍轴光场 高斯光束 光谱移动 光谱开关     

多色矢量高斯-谢尔模型光束的焦移和焦开关

从交叉谱密度矩阵的传输公式出发,对多色矢量高斯-谢尔模型（GSM）光束的焦移和焦开关作了详细的研究.插入偏振片之前,多色矢量高斯-谢尔模型（GSM）光束通过硬边光阑透镜分离光学系统后,有焦移,但无焦开关;而插入偏振片之后,会出现焦开关.改变偏振片的旋转角度可以控制焦开关的特性.     

大气湍流对多色高斯-谢尔模型光束扩展的影响

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和硬边窗口函数的复高斯展开法,推导了受光阑限制的多色高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的二阶矩束宽公式。研究表明:二阶矩束宽随着大气湍流折射率结构常数、源光谱带宽和光束传输距离的增加而增大,随着光束截断参数和光束相干参数的增加而减小;并且,当源光谱带宽越大、光束截断参数和光束相干参数越小,则湍流对受光阑限制的多色GSM光束扩展的影响就越小。关键词:      

多色高斯-谢尔模型光束通过球差透镜的光谱变化

基于部分相干光的传输方程研究了多色高斯一谢尔模型光束通过球差透镜的光谱变化。结果表明,多色高斯一谢尔模型光束通过球羞透镜后的轴上光谱与空间相关参量β,球差系数C1,源光谱谱宽σ0,位置z有关。着重分析了球差对轴上光谱的影响,将所得的结果与无像差的理想情况作了比较。当无球差时,轴上光谱仅有蓝移,而有球差时,轴上光谱存在蓝移或红移,并会出现光谱分裂现象。在某些特定位置处,轴上光谱分裂为等高双峰,并有跃变出现。而且,球差对光谱的影响随空间相关性增加而变得明显。当空间相关参量减小到某一值时,光谱分裂消失。     

超短脉冲经线性小孔阵列衍射时的光谱开关特性

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。     

有振幅调制和相位畸变光束的远场光谱移动与光谱开关

基于瑞利衍射公式,研究了被光阑衍射的具有振幅调制和相位畸变光束的远场光谱变化规律。结果表明,有振幅调制和相位畸变光束在远场也会出现光谱异变现象和光谱开关效应,光阑截断参数、光束的相位畸变参数、振幅调制参数、光强调制参数对远场光谱的跃迁量和光谱开关产生影响。通过数值计算结果分析讨论了光阑截断参数及光束各参数影响远场光谱的规律。     

衍射扭曲高斯-谢尔模型光束在远场的光谱移动和光谱开关

从部分相干光的传输理论出发,研究了被光阑衍射扭曲高斯-谢尔模型光束远场的光谱变化规律。结果表明,扭曲高斯-谢尔模型光束在远场也会出现光谱移动和光谱开关效应。与衍射高斯-谢尔模型光束情况相比,光谱移动和光谱开关效应不仅与光束空间相关性、截断参量和源光谱谱宽有关,光束的扭曲因子也会对衍射扭曲高斯-谢尔模型光束远场的光谱移动和光谱开关效应产生影响。通过数值计算结果详细讨论了光束扭曲因子影响衍射扭曲高斯-谢尔模型远场光谱的规律。     

孔径光阑限制下高斯光束的传输

对高斯光束在硬边孔径限制下的衍射进行了详细的理论研究,就不同口径的圆孔限制下高斯光束在菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区的分布进行了理论分析,从而得到了孔径受限高斯光束的横向以及轴向的衍射公式,进而对高斯光束在不同衍射区域内衍射光场分布形状随孔径尺寸变化时的演化规律进行了数值计算,并对小口径光阑受限的高斯光束的衍射与平行光经同尺寸光阑的衍射进行了比较。结果表明在较小口径下,两者的分布基本一致。得到的孔径光阑限制下高斯光束的传输规律为高斯光束在自由空间光通信和光学超分辨中的应用提供了理论基础。     

拉盖尔-高斯截断级数展开法的应用

 用拉盖尔-高斯截断级数模拟了任意半径的圆孔硬边光阑窗口函数,并应用于研究高斯光束和零阶贝塞尔-高斯光束通过硬边光阑的衍射。对高斯光束和零阶贝塞尔-高斯光束的轴向和横向光强分布的计算结果表明：当积分面不是很靠近光阑时,用参数最佳化选取的拉盖尔-高斯截断级数法与用直接数值积分所得结果符合很好。     

高斯光束通过多光阑B=0成像系统传输的解析公式研究

采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法和A0CD矩阵分解的技巧，推导 出了高斯光束通过多光阑B=0光学成像系统解析的传输公式，并用典型数值计算例加以说明. 最后，指出了所用方法的优点. 关键词： 硬边光阑 复高斯函数 传输方程 矩阵分解     

相关诱导光谱变化对光谱测量的影响

在光传播空间中引入的光阑会对光谱的传播产生影响。以一个常用的光谱测量系统为模型,对系统中的光阑对光谱变化的影响进行了深入的研究。研究结果表明,狭缝的衍射和透镜的色差以及光源的空间相干度的变化都有可能使衍射场中观察点的光谱出现变化,并且这种变化与观察点的空间位置有关。这种相关诱导光谱变化会对光谱的精确测量产生影响。     

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.     

部分相干光被色差透镜聚焦的光谱异常现象

研究了色差透镜聚焦宽频带部分相干光,观察到在聚焦光场轴上点出现的光谱奇异现象.结果表明:与入射光的光谱比较,聚焦光场某些轴上点的光谱发生很大的变化.这种光谱变化不仅与透镜的色差有关,而且还与入射的部分相干光的相干度有关.当色差一定时,部分相干光空间相干度越大,色差对轴上点光谱的影响就越大.而当部分相干光空间相干度一定时,色差越大,轴上点光谱的变化也就越大.研究结果还表明,在一定的条件下,光谱位移会发生快速变化,即发生了光谱开关现象.     

Experimental observations of the spectrum of light diffracted at a slit as a secondary source

In this paper, we investigated both theoretically and experimentally the normalized spectrum of partially coherent light radiated from a secondary source which is produced by an imaging system. The experimental results show that, if the imaging lens is achromatic, the normalized spectrum of the light radiated from a secondary source shifts either towards the red side or towards the blue side, compared to the spectrum of the source, and the spectral shifts change for different position of the observation points. It is found that the experimental results are consistent with the theoretical ones. A chromatic lens, acting as the imaging lens, is used to investigate the effect of the chromatic aberration on the normalized spectrum of the light field. The results show that the influence of the chromatic aberration on the normalized spectrum is considerable and cannot be neglected in high-precision spectral measurement experiments.     

共轴PGP型光谱仪的玻璃选择与优化

针对棱镜-光栅-棱镜(PGP)型成像光谱仪装调难度大的问题,通过校正PGP成像光谱仪色差的方法保证探测器像面与光轴垂直,并设计了一款宽波段复消色差的PGP系统.从宽波段复消色差理论出发,计算了三种玻璃材料组合理论色差的最小值,为光学设计的复消色差提供了理论支持.利用光学设计软件优化得到的初始结构,结果表明,PGP系统的...     

变形镜对千赫兹掺钛蓝宝石飞秒激光频谱相位补偿

尝试用光谱展宽的方法从频谱相位(而非时域相位)的角度利用变形反射镜来补偿1kHz飞秒激光系统输出光路的频谱相位畸变,从而提高飞秒激光脉冲的时域强度衬比度,改善其光束质量。频谱相位补偿实验是在一台1kHz掺钛蓝宝石飞秒激光系统输出光路中,针对超短脉冲光束通过传输介质后的频谱相位畸变,引入变形反射镜进行补偿。应用频谱相位干涉直接电场重构(SPIDER)方法和仪器作为测量手段,建立了一套相位测量补偿系统。实验结果表明用变形反射镜可使激光脉冲的相位畸变得到较好的补偿,脉冲的光束质量得到改善。这种方法的主要思想就是将相位补偿转换为空问的光程控制,控制简单且损耗很低,是自适应光学中具有应用前景的一种补偿方法。     

紫外高分辨率像散校正型罗兰全息光栅设计

为了降低紫外高分辨率罗兰光栅的像散对光谱像高展宽的影响,提出了在罗兰圆上使用球面波非对称曝光设计思路。推导完全校正离焦和子午彗差的表达式,讨论了多种罗兰光栅记录结构的局限性,优选适合校正紫外高分辨率罗兰光栅的优化方法。通过全息光栅像面展宽表达式, 指出像散和弧矢彗差是影响光谱像高的主要因素,并分配了两者的优化权重。利用这种优化思路,设计了工作波段110～200 nm紫外高分辨率罗兰光栅,同时对比分析了传统光栅的像差系数和像高变化规律、像面结构和光谱分辨率。结果表明,和传统罗兰光栅分辨率处于同一数量级的情况下,所设计光栅光谱像高由25 mm降低到1.5 mm,谱面能量集中度有显著的提高。     

一种宽光谱紫外镜头的设计

设计了一种主要用于紫外像增强器分辨力测试的宽光谱紫外镜头，设计选用球面折反结构，用双透镜像差补偿器减小轴外像差，实现了0．7视场60lp/mm时MTF大于35％。     

Influence of turbulence on the spectrum of diffracted chirped Gaussian pulsed beams

The influence of turbulence on the spectrum of diffracted chirped Gaussian pulsed beams is studied in detail. By using the quadratic approximation of the Rytov’s phase structure function and the finite expansion of the aperture function, the analytical expression for the spectrum of diffracted chirped Gaussian pulsed beams propagating through atmospheric turbulence is derived. It is shown that in free space there exist the on-axis and off-axis multi-spectral switch for diffracted chirped Gaussian pulsed beams. However, the turbulence results in a decrease of the spectral transition height, and the spectral switch even disappears when the turbulence is strong enough, which is very different from the behavior of undiffracted chirped Gaussian pulsed beams. Specially, with increasing the strength of turbulence, the higher-order spectral switch disappears firstly for on-axis case, while the lower-order spectral switch disappears firstly for off-axis case. In free space the on-axis spectrum is blue-shifted after a certain propagation distance, but the on-axis spectrum is red-shifted after a shorter propagation distance when the turbulence is strong enough. The spectral transition height increases with increasing the chirp parameter and decreasing the pulse duration, and the odd number order position without spectral shift is independent of the chirp parameter and pulse duration.