第9讲-光学谐振腔的基本概念.pptx

第9讲 光学谐振腔的基本概念主讲：王占新单位：物理与电子工程学院教 学 内 容9.1 光学谐振腔的类型9.2 光学谐振腔的作用9.3 光学谐振腔的光波模式9.1 光学谐振腔的类型光学谐振腔的基本结构通常的谐振腔是由两块相对的球面或平面反射镜组成，这两块反射镜光轴重合，这样的谐振腔称为共轴球面腔，它是光学谐振腔的基本结构。共轴球面腔的常见构型9.1 光学谐振腔的类型平行平面腔平凹腔双凹腔凹凸腔双凸腔平凸腔9.1 光学谐振腔的类型激光器的基本结构示意图9.2 光学谐振腔的作用光学谐振腔的作用提供轴向正反馈；通过谐振腔镜面的反射，光波可在腔内往返传播，多次通过激活介质而使受激辐射不断放大，形成自激振荡。控制振荡光束模式特性。通过采用不同的结构参数，可实现对光波模式的控制。9.3 光学谐振腔的光波模式什么是腔模根据麦克斯韦电磁理论，在具有一定边界条件的空腔内，电磁场只能存在于一系列分立的本征状态中，场的每种本征状态将具有一定的振荡频率和空间分布。通常将谐振腔内可能存在的电磁场本征态称为腔的模式，简称腔模。腔模可分为纵模(与振荡频率有关)和横模(与空间分布有关)。9.3 光学谐振腔的光波模式驻波概念简要回顾驻波，也称为稳态波，是由同频率、同振幅、传播方向相反的两列波叠加而成的一种波形。通常，一列波是另一列的反射波。例如，9.3 光学谐振腔的光波模式迭加后形成的驻波场为：振幅它是振幅受到周期调制的简谐波。在处，振幅为零，称为驻波波节；而在处，振幅最大，称为波腹。?9.3 光学谐振腔的光波模式纵模需满足的驻波条件为了能在腔内形成稳定的振荡，要求光波能够因干涉而得到加强。因此，光波从某点出发，在腔内往返一次再回到原位时，应与初始光波相位差是的整数倍。即：??这里，为真空波长；为真空波数，为谐振腔两端的光程。9.3 光学谐振腔的光波模式上述条件称为谐振腔内的纵模满足的驻波条件，也称为谐振条件。简化为：若谐振腔内纵模的频率记为，根据波速公式，驻波条件用频率表示为：?9.3 光学谐振腔的光波模式什么是谐振腔的纵模?由谐振腔满足的驻波条件可知，不同的整数对应不同频率的驻波。这些由整数所表征的腔内纵向的稳定场分布称为谐振腔的纵模，称为纵模序数。?第阶纵模的谐振频率为：相邻纵模的频率间隔为：9.3 光学谐振腔的光波模式例：腔长为厘米的He-Ne气体激光器，假设介质折射率，则腔内纵模频率间隔为多少？若上述氦氖激光器波长，谱线宽度为，则在频宽范围内，可能存在几个纵模？?9.3 光学谐振腔的光波模式解：(1)(2)9.3 光学谐振腔的光波模式9.3 光学谐振腔的光波模式什么是谐振腔的横模光波在腔内经过足够多次往返后，总是形成某种稳态场分布，此后，光波在腔内再经过往返时，能“自再现”出发时的光场分布。所谓“自再现”，是指经过一次往返后，唯一的可能的变化是：截面上各点的场振幅按同样比例衰减，各点相位发生同样大小的滞后。9.3 光学谐振腔的光波模式这种经过一次往返传播后能“自再现”的稳定场分布通常称为自再现模，也称为横模。自再现条件的公式表示?设是腔内某截面处第次往返到达该处的复振幅，则第次往返到达该处时，，这里，为复常数。Thank you!