光学谐振腔的一般问题汇总课件

,第三章 光学谐振腔,第三章 光学谐振腔,3.1,光学谐振腔的一般问题,3.1 光学谐振腔的一般问题,激光器的构成,激光器的构成,一、光学谐振腔的构成与分类,1.,开腔,最常用的一种谐振腔形式。,通常的气体激光器和大部分固体激光器都采用开腔。,主要特点：,侧面敞开，没有光学边界；,L,，,Ld,。,一、光学谐振腔的构成与分类1.开腔,一、光学谐振腔的构成与分类,2.,闭腔,半导体激光器原理示意图,一、光学谐振腔的构成与分类2.闭腔半导体激光器原理示意图,一、光学谐振腔的构成与分类,2.,闭腔,一、光学谐振腔的构成与分类2.闭腔,一、光学谐振器的构成与分类,2.,闭腔,一、光学谐振器的构成与分类2.闭腔,一、光学谐振腔的构成与分类,3.,气体波导腔,气体波导腔示意图,一、光学谐振腔的构成与分类3.气体波导腔气体波导腔示意图,一、光学谐振腔的构成与分类,其它腔型,环形腔,折叠腔,一、光学谐振腔的构成与分类其它腔型环形腔折叠腔,一、光学谐振腔的构成与分类,本课程中：,开腔,-,重点讨论,闭腔,-,不讨论,气体波导腔,简要介绍,一、光学谐振腔的构成与分类本课程中：,二、光学谐振腔的作用,1.,提供光学反馈,反馈的效果和特征决定于,（,1,）组成腔的两个反射镜的反射率。,（,2,）反射镜的几何形状和它们之间的组合方式,二、光学谐振腔的作用1.提供光学反馈 反馈的效果和特征决,二、光学谐振腔的作用,2.,波形的限制作用,（,1,）对方向的限制；,（,2,）对频率的限制；,（,3,）控制腔内实际振荡的模式数目，提高光子简并度。,二、光学谐振腔的作用2.波形的限制作用,三、腔与模的一般联系,模,的概念：,一切被约束在有限空间范围内的电磁场，都只能存在于一系列分立的本征状态之中，场的每一个本征态就称为一个,模,。,在激光技术中，电磁场被光学谐振腔部分或者全部地约束在腔内，我们将光学谐振腔内可能存在的电磁场的本征态称为腔的,模式,，亦即激光器的,模式,。,三、腔与模的一般联系模的概念：,三、腔与模的一般联系,给定了腔的具体,几何结构,，振荡模式的特征就确定了。,模的基本特征：,（,1,）每一个模的电磁场分布，特别是腔的横截面内的场分布；,（,2,）模的振荡频率；,（,3,）模的损耗情况；,（,4,）模的发散角。,对于开腔,R,1,，,R,2,，,L,三、腔与模的一般联系 给定了腔的具体几何结构，振荡模式,四、纵模与横模,纵模,的概念：,谐振腔内本征电磁场的纵向光场分布。,（存在于谐振腔内的驻波光场）,q,：纵模序数，决定腔的谐振频率，一个振荡频率就是一个纵模,。,（延轴线的驻波场节点数）,四、纵模与横模纵模的概念：q：纵模序数，决定腔的谐振频率，一,四、纵模与横模,可振荡纵模数：,F,为介质的荧光线宽，,表示取整。,四、纵模与横模可振荡纵模数：F为介质的荧光线宽，表,例题,例题,1,：一台,He-Ne,激光器，腔长,L=50cm,，其增益谱宽为,G,=1.710,9,Hz,。,求,：（,1,）纵模序数,q,的量级；,（,2,）可震荡纵模数。,例题例题1：一台He-Ne激光器，腔长L=50cm，其增益谱,例题,例题,2,：上题的激光器，如果腔长,L=5cm,求,：可震荡纵模数。,例题,3,：一台红宝石激光器，腔长,L=10cm,，介质折射率,=1.76,，求：纵模间隔。,例题例题2：上题的激光器，如果腔长L=5cm,例题,例题,4,：有一复合腔，由折射率分别为,1,、,2,、,3,n,，对应的长度分别为,L,1,、,L,2,、,L,3,L,n,的,n,种介质组成，求：纵模频率和纵模间隔。,例题例题4：有一复合腔，由折射率分别为1、2、3,四、纵模与横模,横模,的概念：,谐振腔内本征电磁场的横向光场分布。,（描述光斑的强度分布）,TEMmn,m,n,代表延坐标方向的横模序数。,四、纵模与横模横模的概念：,五、光学谐振腔的研究方法,1.,直接求解,Maxwell,方程,固体激光器、波导气体谐振腔中波导管内的场。,2.,几何光学方法,稳定性问题、非稳腔，忽略衍射效应。,3.,标量衍射理论,求解谐振腔的衍射积分方程，不能忽略衍射效应。,五、光学谐振腔的研究方法1.直接求解Maxwell方程,