《光学谐振腔》ppt课件

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1、光学谐振腔能实现粒子反转的物质，受激辐射过程>吸收过程受激辐射除了与吸收过程相矛盾外还与自发辐射相矛盾。处于激发态的能级原子可以通过自发辐射和受激辐射回到基态。受激辐射光子数自发辐射光子数两种过程光子数之比如果要使，能量密度必须很大，而普通光源中，能量密度通常很小。在一般光源中，自发辐射过程>受激辐射过程。设计一种装置，实现在某方向上受激辐射不断得到放大和加强，受激辐射产生振荡，使得在该特定方向上受激辐射过程>自发辐射过程，而在其他方向传播的光容易逸出腔外。——光学谐振腔部分反射镜工作物质全反射镜原理图光学谐振腔是激光器的重要组成部分，

2、它的主要功能有正反馈、谐振、容纳工作物质和输出激光的作用。研究光学谐振腔的主要理论包括：几何光学理论；波动光学理论；菲涅尔-基尔霍夫衍射积分放大元件激光的产生当能实现粒子数反转的工作物质受到外界的激励后，许多粒子跃迁到激发态上。激发态的粒子是不稳定的，会自发回到基态，并发射出自发辐射光子。偏离轴向的光子很快逸出谐振腔，沿轴向的光子在谐振腔内由于两端反射镜的反射不至逸出谐振腔。这些光子就是引起受激辐射的外界感应因素，产生了轴向的受激辐射，发射出的光子和引起受激辐射的光子有相同的频率、发射方向、偏振状态和相位。它们沿轴线方向不断往复通过已实

3、现了粒子数反转的工作物质，因而不断地引起受激辐射，使轴向行进的光子不断得到放大和振荡，使谐振腔内沿轴向的光骤然增加，而在部分反射镜中输出。光学谐振腔的构成与分类按能否忽略侧面边界，将谐振腔分为开放式光学谐振腔、封闭腔以及气体波导腔。根据腔内近轴光线的几何逸出损耗的高低，开腔又可分为稳定腔和非稳定腔。按腔镜的形状和结构，谐振腔可分为球面腔和非球面腔。按腔内是否插入透镜之类的光学元件，或者是考虑腔镜以外的反射表面，谐振腔可分为简单腔和复合腔。按腔中辐射场的特点，可分为驻波腔和行波腔。按反馈机理不同，可分为端面反馈腔和分布反馈腔。按构成谐振腔

4、反射镜的个数，可分为两镜腔和多镜腔。根据结构、性能和机理等方面的不同，谐振腔有不同的分类方式。仅讨论最简单和最常用的由两个球面镜构成的开放式光学谐振腔。典型的开放式光学谐振腔不稳定谐振腔：由两块凸球面镜组成的谐振腔中，一条平行于轴线的光线经过凸球面镜的反射后就不再与腔轴平行，经过几次反射后就会逸出腔外。平面平行腔亦称为法布里-珀罗谐振腔（F-P腔）由两个平行平面反射镜()组成。一条平行于谐振腔轴线的光线，经平行平面反射镜反射后传播方向仍平行于轴线，始终不会逸出腔外。这是激光技术发展历史上最早提出的光学谐振腔优点：充分利用工作物质，使光束

5、在整个工作物质内振荡，可用于大功率输出脉冲激光器。此外，激光束在腔内没有聚焦，在高功率激光器中不会击穿或损伤光学元件缺点：衍射损耗大，对准精度要求高，装调困难典型的开放式光学谐振腔稳定谐振腔共心腔由两个相同的凹球面镜组成。反射镜的曲率中心重合。通过球心的光线经过反射后，仍从原路返回，光线不会逸出腔外共焦腔由两个相同的凹球面镜组成。反射镜的焦点重合。平行于谐振腔轴线的光线自A发出后，循着A-B-C-D-A的路线，经过4次发射后，又与起始光线重合。这样，平行于轴向的光线将始终不会逸出腔外CF'FF'FABCD典型的开放式光学谐振腔广义共焦腔

6、典型的开放式光学谐振腔图一此外，还有平凹腔、平凸腔、凹凸腔等半共焦腔，半共焦腔的性质与共焦腔的类似，衍射损耗低，易于装置，而且由于采用了一块平面镜，成本更低。大多数氦氖激光器都采用这种谐振腔M'MABDEA-B-D-B-A-E-AA-B-C-D-E-G-ACF'C'FABCFDEGF'稳定谐振腔的条件图中（0

7、镜的吸收、透射和衍射工作物质不均与造成的折射或散射这些损耗中，只有通过部分反射镜而透射出的才是我们需要的，其他一切损耗都应尽量避免如果由于损耗，使得工作物质的放大作用抵偿不了损耗，就不可能在谐振腔内形成雪崩式的光放大过程，就不能得到激光输出。因此要产生激光振荡，对于光放大必须满足一定的条件---阈值条件增益系数用M1、M2表示两块反射镜，其间距为L，透射率和折射率分别为T1、R2和T2、R2。假设所有损耗都包含在折射率T1、T2中。当z=0时，光强为，经过整个长度为的工作物质到达第二块反射镜M2时，光强为其中称为工作物质的增益系数