激光原理第三章_华中科技大学课件详解

第三章 光学谐振腔

第三章 光学谐振腔 ?光学谐振腔是激光器的重要组成部分，它的主要功能有两个：

–提供光学正反馈；

–对产生的激光模式进行控制；

?研究光学谐振腔的主要理论包括：

–几何光学理论； –波动光学理论；

–菲涅尔-基尔霍夫衍射积分；

3.1光学谐振腔的稳定性 ?3.1.1光学谐振腔的构成与分类

–光学谐振腔的稳定性条件

?当光线在周期性透镜波导中传播而不溢出波导之外，称为稳定的透镜波导；

?一个薄透镜可以等效为一个球面反射镜，因此周期性透镜波导可以等效于一个共轴球面光学谐振腔，当光束在光腔中传播而不溢出，则光腔为稳定腔。

?透镜波导的稳定性条件为： ?1?(A?D)/2?1?代入等效光学谐振腔的光线矩阵元素得到：0 ??1?L/R1??1?L/R2??1?引入g参数后可以将上式写为：

0?gg?1?12?此式为共轴球面腔的稳定性条件 ??LL?反射镜的凹面向着腔内时，R取

g1?1?,g2?1?? 正值，凸面向着腔内时，R取负值。 ?R1R23.1.1光学谐振腔的构成与分类 –光学谐振腔的构成与分类

?最早的谐振腔：平行平面腔，在光学中两块平行平面镜构成了法布里-珀罗干涉仪，因此这种腔也被称为F-P腔；Maiman的第一台激光器采用的就是此腔；

?此后被大量采用的是共轴球面腔，这些腔有共同的特点：

–侧面无光学边界；

–轴向尺寸远大于产生振荡的波长，一般也远大于横向尺寸(反射镜尺寸)；

?具有这样特点的腔被称为开放式光学谐振腔。

?除此以外，还有由两块以上的反射镜构成的折叠腔与环形腔，以及由开腔内插入光学元件的复合腔；

0?g1g2?1?对于常用的共轴反射镜腔，当满足前面得到的稳定性条件

时，称为稳定腔；

g1g2?0或g1g2?1时，称为非稳腔； ?当

?当 g1g2?0或g1g2?1时，称为临界腔；

3.1.1光学谐振腔的构成与分类 ?

常见开腔的构成及分类：

–1、平行平面腔： R1??,R2?? ddg1g2?1g1?1??1,g2?1??1R1R2

平行平面腔属于临界腔。 –2、双凹腔：

由共轴双凹面镜构成的光腔，R1>0,R2>0

?当R1>d,R2>d时，有 0?d/R1?1;0?d/R2?1LR10?g1g2??1?d/R1??1?d/R2??1此腔为稳定腔； 则

?当R1d，此腔也为稳定腔； ?当R1=R2=d时，构成对称共焦腔，根据稳定性条 件可以得到g1=g2=1，该腔为临界腔；

?当满足条件R1+R2=d时，构成实共心腔，根据稳 定性条件可以得到g1g2=1，因此也是临界腔； ?其他参数的双凹腔都是非稳腔；

R2RR共焦腔R1R2共心腔