丘志仁《激光原理与技术》第二章 光学谐振腔 -2.pptVIP

第二章: 光学谐振腔;1、敞开腔:比如太空中，电磁波以任意波长传播→单色性差 2、良导体（如金属）闭合空腔：电磁波碰到腔壁时受到反射，和入射的波相互干涉而形成为驻波。稳定驻波的腔壁是波节。 3、闭合谐振腔中的每一个稳定的驻波就是腔的一个振荡模。 模的特征：一定的传播方向, 一定的频率（或波长）以及一定的偏振。 ;4、模参数的描述：长方形闭合腔体积无源腔：无工作物质有源腔：有工作物质;沿Z方向传播的平面波 （1）入射与反射波干涉形成驻波的条件：波节处总振幅恒为零，波腹处振幅在正极大值与负极大值之间瞬时改变。形成稳定驻波的要求是：在线度 为之内能容纳半波长的整数倍， ; 类似 （2）一个振荡模用一组（m,n,q）描述;（3）模体积（k空间中单个模的体积）; ( 4 )模密度（K空间） （5）振荡模总数 ; 因子2：每一个模有两个相互垂直偏振方向 ;（6）实际空间振荡模密度（x,y,z空间） 即单位体积与单位频率间隔内 的振荡模数目为： ;（7）同样在V=1cm3的闭合谐振腔中,其所包含的可能振荡的模数目是差异很悬殊的： 微波区 光频区， λ=3cm | λ=5000埃 υ=c/λ=1010Hz | υ=c/λ=6*1014Hz 带宽Δυ=1010Hz | Δυ=1010Hz | | 获得单模振荡 | 该腔激起的模巨大，多模;§2.2 开放式谐振腔的模间距及带宽;2、其他方向开放导致损耗，限制了模数 （包括扩散、衍射、镜面非完全反射、工作物质吸收等） 纵模：只有沿轴方向传播的模才能维持振荡， 满足 He-Ne：λ=6328埃， 腔长为l=100cm时， 横模：凡是m,n不等于零的模叫横模。;3、限制和减少模数的方法 气体激光腔： a=1cm, l=100cm 还有其他方法和原因使得模的数目受到限制或者减少 ;4、谐振器的若干重要参数 （1）谐振器时间常数 腔内单位时间辐射强度的衰减; 若只考虑反射损耗R,则 f=1-R 例如： l=100cm, ;(2)纵模间距 暂不考虑横模，即m=n=0。 纵模的波长满足： ，即相应的频率为： ;;;(3) 谐振腔产生的带宽 在原子光谱学中，研究谱线轮廓与宽度时，我们知道发光粒子的寿命t与谱线的宽度有着如下关系 在一个谐振腔中，当光子寿命为 时，由于反射损耗R而产生的带宽为;R越大，带宽越窄。 三种情况：R≈0；R1；R≈1。 ;;(4)谐振腔的品质因素Q He-Ne激光器，其谐振腔的长度l=60cm,反射镜对波长6328 的反射率为R=0.98。 光子在腔 内的寿命 纵模间距 无源腔带宽 ;§2.3 谐振腔的稳定条件;其中 要求 设n=100，红宝石激光器l=10cm;2a≈1cm. He-Ne气体激光器，d≈50cm;2a≈0.2cm ;结论：平行度要求很高 问题: 平行平面腔通常用于固体激光器还是气体激光器;(2)半球面腔;一次反射 经过 n次来回反射后，光束与Z轴方向的夹角将为 稳定条件 对始发于原点（x0=0） 比平行平面腔要求松很多 ;(3)共焦腔 谐振腔的两凹面镜曲率半径相同，即 ， 且镜距d=R，则称为共焦腔。因为凹面镜的焦距f=R/2，故两个凹镜的焦点共同落在两镜心联线的中点。 ;经n次来回反射后，有 只要开始时 轴心附近光束的方向 不会反射出腔外，特别稳定 ！！;2、一般情况下谐振腔的稳定条件 谐振腔两面反射镜的曲率半径各为R1及R2，镜的距离为d。几何光学的分