頻譜圖在聲學(xué)中很常見(jiàn),但有時(shí)也用于
光學(xué),特別是在超短脈沖的情況下(→超快光學(xué))。基本思想本質(zhì)上是顯示一種與時(shí)間相關(guān)的頻譜:將傅里葉變換應(yīng)用于信號(hào)的不同時(shí)間部分。從數(shù)學(xué)上講,這會(huì)產(chǎn)生以下形式的信號(hào)
mp*?GeV?M S(ω,t)=|∫−∞+∞E(τ)g(τ−t)eiωτdτ|2
x-b}S1@ E(t)正在研究的信號(hào)(例如脈沖的電場(chǎng)),和g(t)是一個(gè)基函數(shù),其可以例如具有高斯形狀。增益函數(shù)在時(shí)間上越窄,時(shí)間
分辨率越高,但
光譜分辨率也越低。因此,門函數(shù)的選擇(特別是其寬度)對(duì)所得頻譜圖有很大影響。
R_ )PbFw 通常使用水平時(shí)間軸和垂直頻率(或
波長(zhǎng))軸,并使用灰度或色標(biāo)對(duì)時(shí)間和頻率的每種組合的強(qiáng)度進(jìn)行編碼。結(jié)果很直觀,例如對(duì)于上行線性調(diào)頻超短脈沖(見(jiàn)圖1)。
nXERj; Q" 圖1中所示的頻譜圖讓人想起顯示瞬時(shí)頻率隨時(shí)間變化的圖表。然而,頻譜圖的垂直切片總是具有一定的有限寬度,而任何時(shí)間位置的瞬時(shí)頻率都是明確定義的值。
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u>*qDr*d 圖1:具有明顯向上線性調(diào)頻脈沖(即瞬時(shí)頻率上升)的超短脈沖的頻譜圖。
ONFx -U] [i_evsUj? 圖2是一個(gè)動(dòng)畫頻譜圖,顯示了三階孤子脈沖如何在
光纖中演化。標(biāo)簽(右上側(cè))指示脈沖當(dāng)前顯示在光纖中的哪個(gè)位置。人們認(rèn)識(shí)到,在脈沖演化過(guò)程中,上行和下行啁啾都會(huì)發(fā)生。
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@h/-P'Lc=7 圖2:這個(gè)動(dòng)畫頻譜圖顯示了三階孤子在光纖中的演化。高階孤子表現(xiàn)出更復(fù)雜的行為。
7/)0{B4U' 圖3顯示了超短脈沖通過(guò)
光子晶體光纖后的頻譜圖,其中由于強(qiáng)烈的非線性而產(chǎn)生了超連續(xù)譜,色散的影響很大。為了跨越更廣泛的光譜強(qiáng)度,選擇了對(duì)數(shù)色標(biāo)。正如時(shí)間軌跡(底部的黑色軌跡)所示,脈沖已分裂成多個(gè)脈沖(孤子裂變)。該圖的下半部分顯示了代表孤子脈沖的各種亮點(diǎn),它們攜帶了總體能量的很大一部分。
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*aGJ$ P0 圖3:用
軟件模擬的超連續(xù)譜的光譜圖RP前脈沖.使用對(duì)數(shù)色標(biāo)。
h+j*vX/! 同樣明顯的是,有一些未轉(zhuǎn)換的光來(lái)自初始脈沖的側(cè)翼(中間的水平線)和延伸到高處的弱背景光學(xué)頻率。這個(gè)背景在某種程度上與上述孤子相關(guān),因?yàn)樗窃谝粋(gè)相位匹配的四波混頻過(guò)程。最低和最高頻率分量都表現(xiàn)出比中頻分量更大的時(shí)間延遲;這是由于色散……的纖維,其中有它的零色散波長(zhǎng)接近1 μm。