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光子学设计基础:维纳-辛钦定理的应用

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:维纳-辛钦定理有非常实际的应用价值。该定律认为,函数f的自相关函数c(τ)的傅里叶变换给出f的功率谱,根据傅里叶分析中的卷积定理就可以直接得出。在5.1节介绍过,光谱带宽与相干性密切相关,并且自相关是相干性的一种计量,所以在此不致引起过度惊讶。正如将要了解的,由于可以根据光的干涉性质确定自相关函数,所以维纳-辛钦定理是非常实用的。

光子学设计基础:维纳-辛钦定理的应用

维纳-辛钦(Wiener-Khinchin)定理有非常实际的应用价值。

该定律认为,函数ft)的自相关函数cτ)的傅里叶变换(Fourier Trans-form,FT)给出ft)的功率谱,根据傅里叶分析中的卷积定理就可以直接得出。卷积定理是:两个函数卷积的傅里叶变换等于单个傅里叶变换的乘积(参考傅里叶变换理论的有关内容,即参考文献[1])。“卷积”就是一直在讨论的“延迟平均”运算过程,因此有

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式中,FT为傅里叶变换运算符,若将ft)写成下面形式:

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则(www.xing528.com)

FTft)FTft)=∣aω)∣2

这就是ft)的“功率”谱,因此可以根据自相关函数确定一个光源的功率谱。在5.1节介绍过,光谱带宽与相干性密切相关,并且自相关是相干性的一种计量,所以在此不致引起过度惊讶。图5.5所示的随机波包流的功率谱如图5.6b所示。

正如将要了解的,由于可以根据光的干涉性质确定(如同所期望的)自相关函数,所以维纳-辛钦定理是非常实用的。这意味着,利用干涉图能够确定光源输出中的频率成分及相关振幅(即整个功率谱)。

为了更清晰地了解实际情况中如何运用这些思想,下面讨论一些具体应用相干理论的例子。

首先,介绍测量光源相干性的一个简单例子。

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