光谱 Optical spectrum

2022-12-05 10:42:49 浏览:317

定义

根据不同的波长或光学频率分解光的功率或能量。

光源或某些光束的光谱(或发射光谱)包含有关光能或功率如何在不同波长上分布的信息。 通常,它以图表的形式呈现,其中将一些光谱量绘制为波长或光学频率的函数。 例如,绘制的量可以是光谱通量(以W/Hz或W/nm为单位)、光谱强度(以W sr - 1 Hz - 1或W sr - 1 nm - 1为单位)或光谱亮度(以W sr - 1 m - 2 Hz - 1或W sr - 1 m - 2 nm - 1为单位),但在许多情况下,光谱是没有绝对刻度的。 但在许多情况下,光谱在没有绝对尺度的情况下呈现。 在某些情况下,使用(校准或未校准)对数刻度,例如单位为dBm/nm。

例如,图1显示了超连续光源(高度多色光源)的数值模拟光谱。 与非常宽的光谱相反,单频激光源的光谱通常具有非常窄的光谱线 - 在极端情况下,线宽约为1 Hz,仅对应于≈ 3 ·10−12纳米(对于 1 μm 中心波长)。 其他激光器具有由多条线组成的光谱,有些激光器(特别是用于超短脉冲的锁模激光器)可以具有100nm或更大的大光谱宽度,具有频率梳状结构。

光谱 Optical spectrum

图1:数值模拟宽带超连续频谱。有关详细信息,请参阅有关超连续体生成的文章。

光谱可以用不同类型的光谱仪(例如光谱仪)记录,它们在覆盖的光谱范围和光谱分辨率方面有很大差异。

光谱与光的时间相干特性密切相关。 例如,时间相干函数完全确定频谱。 光谱也与电场的傅里叶变换有关(尽管后者在大多数情况下不能直接获得)。 因此,它也被称为光学场的傅里叶光谱。

光带宽

光带宽本质上是光谱的宽度。 有不同的定义,但经常使用半峰全宽 (FWHM)。

具有线结构的光谱

一些光源,如白炽灯,发光二极管或超发光源具有非常平滑的光谱。 然而,其他源的光谱可能由紧密间隔的窄线组成,这只能使用具有足够高光谱分辨率(小分辨率带宽)的光谱仪进行分辨。 在具有多模发射的连续波激光器的情况下,但仅在基本谐振器模式下,光谱中的线大致(但不精确)等距,其间距通常对应于逆谐振器往返时间,并且在兆赫兹或千兆赫兹区域。 (由于色散,往返时间可能与频率有关,非线性也可能影响模频。 如果激光也在高阶横向模式下发射,则存在额外的中间线(与Gouy相移有关),因此线谱更密集且不等距。 然而,任何锁模激光器都会产生具有完全等距线的频梳光谱,除了一些激光噪声,这通常非常弱。

测量光谱

光谱可以用称为光谱分析仪的仪器记录。 它们通常是一种光谱仪,但还有其他类型的频谱分析仪基于完全不同的工作原理。 例如,有干涉测量设备,使用迈克尔逊干涉仪(→傅里叶变换光谱)或法布里-佩罗干涉仪。

也可以将光谱分析与成像相结合 - 请参阅有关多光谱成像和高光谱成像的文章。

参考文献

[1] Spotlight article of 2007-10-11: "Understanding Fourier Spectra"

光检测和表征

作          者: 泮桥成像光电商城

出          处: https://www.ipanqiao.com/entry/1348

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