什么是光學(xué)諧振腔？

一、光學(xué)諧振腔簡(jiǎn)介

光學(xué)諧振腔(optical resonant cavity)是光波在其中來回反射從而提供光能反饋的空腔。激光器的必要組成部分，通常由兩塊與激活介質(zhì)軸線垂直的平面或凹球面反射鏡構(gòu)成。

光學(xué)諧振腔有兩個(gè)作用，一個(gè)是提供正反饋，一個(gè)是控制腔內(nèi)振蕩光束的特征。

二、光學(xué)諧振腔的基本概念

圖1

激活介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后就能產(chǎn)生光放大。諧振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優(yōu)先的放大，而把其他頻率和方向的光加以抑制。如上圖1，凡不沿諧振腔軸線運(yùn)動(dòng)的光子均很快逸出腔外，與激活介質(zhì)不再接觸。沿軸線運(yùn)動(dòng)的光子將在腔內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)，并經(jīng)兩反射鏡的反射不斷往返運(yùn)行產(chǎn)生振蕩，運(yùn)行時(shí)不斷與受激粒子相遇而產(chǎn)生受激輻射，沿軸線運(yùn)行的光子將不斷增殖，在腔內(nèi)形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強(qiáng)光束，這就是激光。為把激光引出腔外，可把一面反射鏡做成部分透射的，透射部分成為可利用的激光，反射部分留在腔內(nèi)繼續(xù)增殖光子。

三、光學(xué)諧振腔的作用

光學(xué)諧振腔的作用有：

①提供反饋能量;

②選擇光波的方向和頻率。

諧振腔內(nèi)可能存在的頻率和方向稱為本征模，按頻率區(qū)分的稱縱模，按方向區(qū)分的稱橫模。兩反射鏡的曲率半徑和間距(腔長(zhǎng))決定了諧振腔對(duì)本征模限制情況。不同類型的諧振腔有不同的模式結(jié)構(gòu)和限模特性。

四、光學(xué)諧振腔的種類

按組成諧振腔的兩塊反射鏡的形狀及它們的相對(duì)位置，可將光學(xué)諧振腔分為：平行平面腔，平凹腔，對(duì)稱凹面腔，凸面腔等。平凹腔中如果凹面鏡的焦點(diǎn)正好落在平面鏡上，則稱為半共焦腔;如果凹面鏡的球心落在平面鏡上，便構(gòu)成半共心腔。對(duì)稱凹面腔中兩塊反射球面鏡的曲率半徑相同。如果反射鏡焦點(diǎn)都位于腔的中點(diǎn)，便稱為對(duì)稱共焦腔。如果兩球面鏡的球心在腔的中心，稱為共心腔。

審核編輯 黃宇