光学谐振腔与高斯光束

《光学谐振腔与高斯光束》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章光学谐振腔与高斯光束讨论光腔模式问题开放式光腔可以分为稳定腔和非稳腔稳定腔模式理论是以共焦腔模的解析理论为基础的，推广到一般稳定球面腔采用稳定腔的激光器所发出的激光，将以高斯光束的形式在空间传播。研究高斯光束在空间的传播规律以及光学系统对高斯光束的变换规律稳定腔不适用于某些高功率激光器，非稳腔却能同时满足高输出功率和良好光束质量这两个要求§2.1概述谐振腔的作用无源谐振腔理论依据开放式光腔开腔的分类无源谐振腔的模式光腔的损耗Lasercavitiesdifferinseveralsignificantwaysfromtheclosedmicrowavecaviti

2、esthatarecommonlytreatedinelectromagnetictheorytextbooks.Opticalresonatorsfirstofallusuallyhaveopensides,andhencealwayshavediffractionlossesbecauseofenergyleakingoutthesidesoftheresonatortoinfinity.Opticalresonatorsarealsousuallydescribedinscalarorquasiplane-waveterms,withemphasisonthedi

3、ffractioneffectsataperturesandmirrorsedged,ratherthaninvectortermswithemphasisonmatchingboundaryconditions.Thedistinctionbetween“longitudinal”and“transverse”modesintheresonatorisalsomuchsharperinopticalthaninmicrowaveresonators.一谐振腔的作用提供轴向光波模的反馈控制腔内振荡光束的特性（直接控制光束的横向分布特性、光斑大小、谐振频率及光束发散角等）

4、二无源谐振腔不考虑腔内激活介质的影响无源腔模式可以作为具有激活介质腔（有源腔）的激光模式的良好近似激活介质的作用主要是补充腔内电磁场在振荡过程中的能量损耗，使之满足阈值条件；激活介质对场的空间分布和振荡频率的影响是次要的，不会使模式发生本质的变化三采用的理论几何光学理论--推导腔的稳定性条件（不能得到腔的衍射损耗）衍射光学理论--深入了解模式特性四开放式光腔激光器中使用的谐振腔通常是开放式的，即侧面没有光学边界（理想化的处理方法），称为开式光学谐振腔，简称开腔。气体激光器是采用开腔的典型例子。对固体激光器，棒的直径远大于激光波长，棒的长度远小于腔长，可认为是开腔。半导体

5、激光器是使用介质腔的典型例子。五开腔的分类根据光束几何逸出损耗的高低，分为稳定腔、非稳腔和临界腔。稳定腔：旁轴（傍轴）光线在腔内多次往返而不逸出腔外，具有较低的几何损耗非稳腔：傍轴光线在腔内经过少数几次往返就逸出腔外，具有较高的几何损耗临界腔：性质介于稳定腔和非稳腔之间，只有少数特定光线能在腔内往返传播Opticalresonatorscanusuallybedividedintoeither“geometricallystable”or“geometricallyunstable”categories(wherethesetermsrefertoraystabilit

6、ywithintheresonators,andhavenothingtodowithwhetherornotthelaserisorisnotstableagainstlaseroscillation)六无源谐振腔的模式模的概念纵模和谐振频率激光的横模模的概念腔与模的一般联系通常将光学谐振腔内可能存在的电磁波的本征态称为腔的模式。腔的模式也就是腔内可区分的光子的状态。同一模式内的光子，具有完全相同的状态（如频率、偏振等）。腔内电磁场的本征态由麦克斯韦方程组及腔的边界条件决定。一旦给定了腔的具体结构，则其中振荡模的特征也就随之确定下来。这就是腔与模的一般联系。目的：弄清

7、楚激光模式的基本特征及其与腔的结构之间的具体依赖关系。模的基本特征：每一个模的电磁场分布，特别是在腔的横截面内的场分布；模的谐振频率；每一个模在腔内往返一次经受的相对功率损耗；与每一个模相对应的激光束的发散角。只要知道了腔的参数，就可以唯一地确定模的基本特征。纵模和谐振频率利用均匀平面波模型讨论开腔中傍轴传播模式的谐振条件考察均匀平面波在腔中沿轴线方向往返传播的情形。当波在腔镜上反射时，入射波和反射波将会发生干涉，多次往复反射时就会发生多光束干涉。为了能在腔内形成稳定振荡，要求波能因干涉而得到加强。发生相长干涉的条件是：波从某一点出发，经