文档介绍：第三章光学谐振腔理论
常用的近似研究方法
几何光学分析方法
出发点:将光看成光线用几何光学方法来处理
应用条件:几何损耗远大于衍射损耗
优点:简便、直观
缺点:得不到腔的衍射损耗
不能深入分析腔模特性
矩阵光学分析方法
出发点:使用矩阵代数的方法研究光学问题
将几何光线和激光束在光腔内的往返传播行为用一个变换矩阵来描写
应用范围:推导出谐振腔的稳定性条件
优点:处理问题简明、规范,易于用计算机求解
波动光学分析方法
出发点:波动光学的菲涅耳—基尔霍夫衍射积分理论
建立一个描述光学谐振腔模式特性的本征积分方程
应用范围:求任意光腔的模式,得到场的振幅、相位分布,谐振频率以及衍射损耗等腔模特性
优点:是一种比较普遍和严格的理论
第一节光学谐振腔的基本知识
第二节光学谐振腔的损耗
第三节光学谐振腔的稳定性条件
第四节谐振腔的衍射积分理论
第五节平行平面腔的自再现模
第六节对称共焦腔的自再现模
第七节一般稳定球面腔的模式特征
第八节高斯光束
第九节非稳腔的模式理论
内容安排
第一节光学谐振腔的基本知识
一、光学谐振腔的构成和分类
:
在激活物质两端适当的位置放置两个反射镜片,就构成了一个光学谐振腔。通常一个是反射镜,一个是部分透射的输出镜。
1)开腔:由两个反射镜构成,通常认为其侧面没有光学边界。
2)闭腔
3)气体波导腔
分类:
稳定腔:光束几何逸出损耗低;
非稳腔:光束几何逸出损耗高;
临界腔
二、光学谐振腔的作用
1)提供轴向光波模的正反馈
2)控制振荡模式的特性
主要表现为对腔内光波模频率和方向的限制
有效地控制腔内实际振荡的模式数,使大量光子集中在少数几个模式内,提高光子简并度
可直接控制激光束的横向分布特性、光斑大小、谐振频率以及光束发散角等
可改变腔内光束的损耗,在增益一定的情况下控制激光束的输出功率
三、腔模
:
光学谐振腔内可能存在的电磁场的本征态称为腔的模式。
是腔内可能区分的光子的状态。
:
1)每个模的电磁场分布,特别是在腔的横截面内的场分布;
2)模的谐振频率;
3)每个模在腔内往返一次经历的腔内损耗;
4)每个模所对应的激光束的发散角。
:
1)不同的腔,模式不同;
2)腔给定,模式确定。
:
1)纵模
纵模:腔内的纵向(沿腔轴方向)稳定场分布。
考察:平面波在平平腔内沿腔轴方向往返传播的情况