9.11. Спектроскопия флуктуаций

Техника измерений корреляций фотоэлектрических флуктуаций тока имеет другие применения. Для узкополосных световых пучков от тепловых источников она дает возможность получить информацию о спектральном распределении света без применения каких-либо дисперсионных элементов (ср. также разд. 7.3). Как ясно из выражения (9.8.24), производя спектральный анализ флуктуаций фотоэлектрического тока на выходе фотодетектора, мы можем вывести функцию которая является спектральной плотностью флуктуаций интенсивности света. Конечно, в общем случае флуктуации интенсивности и фазы не обязательно должны быть коррелированны, так что может не быть никакого простого соотношения между спектральными плотностями интенсивности света и оптического поля. Однако, в частном случае света от теплового источника просто связана с нормированной спектральной плотностью оптического поля (обозначенной как в предыдущих главах) с помощью свертки выражения (9.8.26). Поэтому у нас появляется интересная возможность получения информации о спектре оптических частот из измерений, сделанных на значительно более низких частотах электрического тока. Это связано с тем, что заданная выражением (9.8.26), имеет центр на частоте тогда как спектральная плотность оптического поля имеет центр на некоторой высокой частоте порядка Гц.

В общем случае не существует однозначной процедуры обращения (9.8.26) и вывода из измерений Несмотря на это, некоторые свойства спектра оптического поля могут быть получены из измерений Например, когда ограничена по ширине полосы шириной полосы с центром в т.е. если за пределами диапазона со из выражения (9.8.26) мы сразу же видим, что когда так что ограничена по ширине полосы диапазоном —

Рис. 9.10. Соотношение между нормированными спектральными плотностями падающего теплового света и флуктуаций фототока, соответственно, когда имеет прямоугольный, гауссов и лоренцев профиль спектральная ширина на полувысоте) (Из работы Mandel, 1963)

Если свет квазимонохроматичен 1), то содержит только низкочастотные компоненты, находящиеся внутри эффективной ширины полосы света На рис. 9.10 графически показано соотношение между нормированным спектром света и флуктуаций фототока для трех профилей спектра. Мы видим, что эффективные ширины в каждом случае одного порядка величины.

Этот метод получения информации об оптических спектрах, который известен как спектроскопия флуктуаций, был наиболее успешно применен для рассеянного лазерного света (Ford and Benedek, 1965), в частности, с гетеродинированием, когда некоторое количество нерассеянного лазерного света накладывается на рассеянное поле (Cummins, Knable and Yeh, 1964; Lastovka and Benedek, 1966). Эта тема описана Камминсом и Свини (Cummins and Swinney, 1970, с. 133).

Задачи

(см. скан)