一、光学谐振腔简介
光学谐振腔(optical resonant cavity)是光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔。激光器的必要组成部分,通常由两块与激活介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。
光学谐振腔有两个作用,一个是提供正反馈,一个是控制腔内振荡光束的特征。
二、光学谐振腔的基本概念
图1
激活介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大,而把其他频率和方向的光加以抑制。如上图1,凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外,与激活介质不再接触。沿轴线运动的光子将在腔内继续前进,并经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡,运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射,沿轴线运行的光子将不断增殖,在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束,这就是激光。为把激光引出腔外,可把一面反射镜做成部分透射的,透射部分成为可利用的激光,反射部分留在腔内继续增殖光子。
三、光学谐振腔的作用
光学谐振腔的作用有:
①提供反馈能量;
②选择光波的方向和频率。 谐振腔内可能存在的频率和方向称为本征模,按频率区分的称纵模,按方向区分的称横模。两反射镜的曲率半径和间距(腔长)决定了谐振腔对本征模限制情况。不同类型的谐振腔有不同的模式结构和限模特性。
四、光学谐振腔的种类
按组成谐振腔的两块反射镜的形状及它们的相对位置,可将光学谐振腔分为:平行平面腔,平凹腔,对称凹面腔,凸面腔等。平凹腔中如果凹面镜的焦点正好落在平面镜上,则称为半共焦腔;如果凹面镜的球心落在平面镜上,便构成半共心腔。对称凹面腔中两块反射球面镜的曲率半径相同。如果反射镜焦点都位于腔的中点,便称为对称共焦腔。如果两球面镜的球心在腔的中心,称为共心腔。
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原文标题:什么是光学谐振腔?
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