深入了解光學諧振腔

 光學諧振腔是光波在其中來回反射從(cong) 而提供光能反饋的空腔，是激光器的必要組成部分。通常由兩(liang) 塊與(yu) 工作介質軸線垂直的平麵或凹球麵反射鏡構成。工作介質實現了粒子數反轉後就能產(chan) 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(you) 先的放大，而把其他頻率和方向的光加以抑製。凡不沿諧振腔軸線運動的光子均很快逸出腔外，與(yu) 工作介質不再接觸。沿軸線運動的光子將在腔內(nei) 繼續前進，並經兩(liang) 反射鏡的反射不斷往返運行產(chan) 生振蕩，運行時不斷與(yu) 受激粒子相遇而產(chan) 生受激輻射，沿軸線運行的光子將不斷增殖，在腔內(nei) 形成傳(chuan) 播方向一致、頻率和相位相同的強光束，這就是激光。為(wei) 把激光引出腔外，可把一麵反射鏡做成部分透射的，透射部分成為(wei) 可利用的激光，反射部分留在腔內(nei) 繼續增殖光子。光學諧振腔的作用有：①提供反饋能量，②選擇光波的方向和頻率。諧振腔內(nei) 可能存在的頻率和方向稱為(wei) 本征模，按頻率區分的稱縱模，按方向區分的稱橫模。兩(liang) 反射鏡的曲率半徑和間距（腔長）決(jue) 定了諧振腔對本征模的限製情況。不同類型的諧振腔有不同的模式結構和限模特性。光纖端麵處理對光纖激光器的影響

　　光學諧振腔由兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上光學反射鏡麵組成、能提供光學正反饋作用的光學裝置。兩(liang) 個(ge) 反射鏡可以是平麵鏡或球麵鏡，置於(yu) 激光工作物質兩(liang) 端。兩(liang) 塊反射鏡之間的距離為(wei) 腔長。其中一個(ge) 鏡麵反射率接近100%，稱為(wei) 全反鏡；另一個(ge) 鏡麵反射率稍低些，激光由此鏡輸出，故稱輸出鏡。兩(liang) 者有時也分別稱為(wei) 高反鏡和低反鏡。

　　光學諧振腔種類

　　按組成諧振腔的兩(liang) 塊反射鏡的形狀以及它們(men) 的相對位置，可將光學諧振腔區分為(wei) ：平行平麵腔，平凹腔，對稱凹麵腔，凸麵腔等。平凹腔中如果凹麵鏡的焦點正好落在平麵鏡上，則稱為(wei) 半共焦腔；如果凹麵鏡的球心落在平麵鏡上，便構成半共心腔。對稱凹麵腔中兩(liang) 塊反射球麵鏡的曲率半徑相同。如果反射鏡焦點都位於(yu) 腔的中點，便稱為(wei) 對稱共焦腔。如果兩(liang) 球麵鏡的球心在腔的中心，稱為(wei) 共心腔。如果光束在腔內(nei) 傳(chuan) 播任意長時間而不會(hui) 逸出腔外，則稱該腔為(wei) 穩定腔，否則稱為(wei) 不穩定腔。上述列舉(ju) 的諧振腔都屬穩定腔。用兩(liang) 塊凸麵鏡組成的諧振腔為(wei) 不穩定腔。平凹腔中如腔長太長，使凹球麵的球心落在腔內(nei) ，則腔中除沿光軸的光線外，其它方向光束經多次反射後必然會(hui) 逸出腔外，故也為(wei) 不穩定腔。對稱凹麵腔中，如腔長太長，使兩(liang) 球麵球心分別落在腔中心點靠近自身一側(ce) ，也是一種不穩定腔。

　　光學諧振腔中任一束傍軸光束離光軸的距離，如果在它來回反射過程中不會(hui) 無限增加，則這種腔必定是穩定腔。

　　諧振腔功能

　　諧振腔中包含了能實現粒子數反轉的激光工作物質。它們(men) 受到激勵後，許多原子將躍遷到激發態。但經過激發態壽命時間後又自發躍遷到低能態，放出光子。其中，偏離軸向的光子會(hui) 很快逸出腔外。隻有沿著軸向運動的光子會(hui) 在諧振腔的兩(liang) 端反射鏡之間來回運動而不逸出腔外。這些光子成為(wei) 引起受激發射的外界光場。促使已實現粒子數反轉的工作物質產(chan) 生同樣頻率、同樣方向、同樣偏振狀態和同樣相位的受激輻射。這種過程在諧振腔軸線方向重複出現，從(cong) 而使軸向行進的光子數不斷增加，最後從(cong) 部分反射鏡中輸出。所以，諧振腔是一種正反饋係統或諧振係統。

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