利用方形环孔中心遮拦比调节远场光谱移动实现信息传递-论文.pdf

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1、2014年2月湖北第二师范学院学报Feb．2014第31卷第2期JournalofHubeiUniversityofEducationVoI．31No．2利用方形环孔中心遮拦比调节远场光谱移动实现信息传递王筠，谷亭亭(湖北第二师范学院a．物理与机电工程学院；b．数学与统计学院，武汉430205)摘要：根据惠更斯一菲涅尔原理，推导得到多色完全空间相干光在方形环孔衍射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，远场的光谱分布受到方形环孔中心遮拦比和场点位置坐标的共同调制，观察屏上平行于方形环孔边长的或

2、Y轴上以及与轴成45。角的斜直线上，光谱开关数目随方形环孔中心遮拦比和场点到观察屏中心距离的增大而增加，与轴成任意角的斜直线上的光谱移动呈无规则分布。因此，可以通过改变孔径遮拦比调节观察屏或Y轴上、与轴成45。角的斜直线上的光谱移动实现光信息的传递。关键词：多色空间相干光；方形环孔中心遮拦比；光谱开关中图分类号：0436文献标识码：文章编号：1674—344X(2014)2-0015—04基金项目：湖北省教育厅科学技术计划指导性项目(B2013021)作者简介：王筠(1966一)，女，湖北武汉人，副教授，研究

3、方向为尖子晶体理论及应用研究。1引言，J在相位奇点附近，光波场具有十分复杂的结构，比／y／_、如波前位错和光涡旋。由于在这些相位奇点上光强为xo’零，光场的相位变得不确定，对这类现象的研究逐渐发／～，＼、／；展成为物理光学的一个新分支——奇点光学¨⋯。1999年，浦继雄等人在对光阑衍射多色部分空间相干光．上≥—d一的光谱变化时发现了一种称为光谱开关的新效应。在～一定条件下，伴随着光谱移动，在临界点会出现光谱一／＼1／／分为二，在其附近一侧的一些点上光谱突然由红移变为蓝移，在其另一侧光谱由蓝移变为红移，这些现象

4、也在二7==／实验中得到了验证。文献[12]研究了经圆环形孔径衍射的多色空间相干光在远场中的光谱异变和光谱开图1方环形孔径衍射远场示意图关，发现远场光谱分布依赖于圆环形孔径中心遮拦比和Fig．1．AschematicforanSquareannularaperturefar—field衍射角。本文推导得出多色空间相干光经方形环孔diffraction衍射后远场中的光谱分布式，据此数值计算了远场观察。。_0，∞)=。㈡㈡屏上与方形环孔边长平行的和Y轴上以及与轴成45。斜直线上的光谱分布，得出方形环孔中心遮拦比对

5、⋯㈡叫空间各点的光谱移动的影响，所以利用孔径遮拦比调节远场光谱移动可以实现信息的传递。)=唧．9(22)×DF{E2理论模型(Xo，Y0，z0=0，)}(2)如图1所示，有一束光源谱密度为S“(O9)、频率式中。F是傅里叶变换符号。将(1)式代入(2)中，可得为的光波垂直入射到位于=0处边长为20的正方形透光屏中心又放置一个边长为26的正方形掩膜的E(，y，，∞)=exp()exp衍射屏(。，Y。)后，到达远场z处的观察屏(，Y)上，这里z>>2a，a>b。该方形环孔衍射屏的复振幅透过率[(2+)]×Sinc

6、(·÷)sinc(。)一函数为根据惠更斯一菲涅尔原理，远场z处观察屏(，Y)上Q点的夫琅禾费衍射光场分布为¨收稿日期：2013—12—28·15·2时，取方形环孑L中心遮拦比=0．5，计算结果如图2sl‘nc(I＼⋯"ITc‘÷)／lsl‘nc(l＼"—iTc。川l}(3)所示。图中虚线是入射源光谱分布曲线，图中实线对应不同归一化衍射角即斜直线上不同点的光谱分布曲式中k詈。线。在图2(a)、2(b)中可以看到，实线峰值相对于虚Q点的光谱分布为线峰值向左侧移动，即在0=0．6660。。和0=0．S(，)，，，)

7、=E(，y，，∞)E(，y，，)66660的不同点处光谱相对于源光谱发生红移。图2=()(‘Ox(卜(d)中实线峰值相对于虚线峰值向右侧移动，即在0sincbo)=0．6670的方向上光谱相对于源光谱发生蓝移。而2。Ox)sinc())在图2(c)中衍射角为0=0．666720处，光谱一分为(4)式中=是方形环孔中心遮拦比，0=是二，变成两个等高的峰，即发生了光谱异变，这种光谱U分裂为等高双峰现象称为光谱开关，由于此处光谱最沿轴的衍射角，0=÷是沿Y轴的衍射角。小值Sj=0，所以这里的光谱开关属于奇点光学现象

8、。设源光谱密度为^．．在下面的数值计算中，定义归一化光谱移动为5㈤csoexpI_)㈣(￡JOO)m-O)0式中∞。为源光谱中心频率，厂为频带宽度。：——，其中是光谱最大值对应的圆频率。根据(4)式，在源光谱中心频率。时，若0=t／,o)n2’3’⋯ljsinc(＼c·0，，取1，。s05J则0．，=，称之为第一阶临界角，将它作为衍射角归一ao)n0t一—：一0～O951105O95一化因子．则(4