光學(xué)諧振腔的穩定條件是什么?
在光學(xué)諧振腔中,光在兩個(gè)反射鏡之間不斷地來(lái)回反射,因此通常要求諧振腔保證光在腔內來(lái)回反射過(guò)程中不會(huì )離開(kāi)諧振腔。滿(mǎn)足這一要求的型腔稱(chēng)為穩定型腔。討論光在諧振腔中的行為,可以通過(guò)光在腔內往返傳輸的矩陣表示來(lái)證明:對于腔長(cháng)為L(cháng)、鏡面曲率半徑為R1和R2的諧振腔,穩定條件是:
0<(1-L/R1)(1-L/R2)<1或(1-L/R1)=(1-L/R2) ⑴
引入型腔幾何參數因子,若令
\n g1=1-L/R1 ⑵
g2=1-L/R2 ⑶
則諧振腔的穩定條件可表示為: 0
也就是說(shuō),當腔體的幾何參數滿(mǎn)足上述條件時(shí),腔體內的近軸光在腔體內來(lái)回多次,而不會(huì )橫向逸出腔外,我們說(shuō)諧振腔處于穩定工作狀態(tài)。通常稱(chēng)式⑷通常稱(chēng)為諧振腔的穩定性判據。由于存在g1g2>0的條件,對于穩定的諧振腔結構,g1和g2具有相同的符號。如果它們有不同的跡象,則腔不穩定。
延伸閱讀:
一.光學(xué)諧振腔又稱(chēng)光腔或激光諧振腔,是激光技術(shù)中的關(guān)鍵部件之一。它是一種物理結構,旨在讓光波在其中反復來(lái)回反射,并通過(guò)這種反饋機制實(shí)現特定頻率光波的共振和增強。在激光器中,光學(xué)諧振腔通常由兩個(gè)或多個(gè)高反射鏡(至少一個(gè)是部分透射的)組成。這些鏡子相互平行放置或按照一定的曲率半徑形成一個(gè)封閉的空間,它們連接到激活介質(zhì)(例如激光晶體、氣體放電管或半導體材料等)。
二.在諧振腔內,光波受到激活介質(zhì)增益的影響后,在滿(mǎn)足諧振條件時(shí)會(huì )在腔內不斷地來(lái)回傳播并積累能量。當增益超過(guò)損耗時(shí),就會(huì )發(fā)生激光振蕩。光學(xué)諧振腔的功能包括:
1.選擇性放大:只對光波的特定模式(橫模和縱模)提供正反饋,使其在腔體內繼續振蕩并被放大。
2.控制激光特性:決定輸出激光束的質(zhì)量,如單色性(即頻率穩定性)、方向性和光束形狀(如高斯光束)等。
3.模式鎖定:保證激光器工作在單一穩定模式,減少多縱模工作引起的光譜展寬。
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