Chap3-4~9光学谐振腔理论.pdfVIP

3.5 光学谐振腔的衍射理论基础 3.5 光学谐振腔的衍射理论基础 几何光学——光线在光腔中的传播、腔的稳定性 波动光学——模式的形成、光场的振幅和相位分布、衍射损耗 菲涅耳－基尔霍夫衍射积分 谐振腔模式理论的基础 模式自再现概念 场的振幅分布、相位分布、衍 基本分析步骤： 射损耗、附加相移 光的衍射理论 自再现模所满足的积分方程 任意谐振腔的性质 3.5.1 自再现模 3.5.1 自再现模 开腔中是否存在电磁场的本征态或不随时间变化的稳态场分布?如何求场分布? 稳态场分布的形成:可看成光在两镜 面间往返传播的结果! 方法 一个镜面上的场 另一个镜面上的场 求解衍射积分方程! 3.5 光学谐振腔的衍射理论基础 3.5 光学谐振腔的衍射理论基础 一、开腔模式的物理概念 一、开腔模式的物理概念 1、理想开腔模型： 1、理想开腔模型： 定义：两块反射镜片(平面的或曲面的)沉浸 在均匀的、无限的、各向同性的介质中。 可忽略腔侧壁的不连续性，决定衍射效应的 可忽略腔侧壁的不连续性，决定衍射效应的 孔径由镜的边缘决定！ 孔径由镜的边缘决定！ 2 、决定腔模形成的损耗： 2 、决定腔模形成的损耗： 主要是腔镜边缘的衍射损耗：损失能量，引起能量分布的变化。 主要是腔镜边缘的衍射损耗： 其他的损耗 （腔镜反射、介质吸收损耗等）：只使横截面上各点的场按照相 其他的损耗 （腔镜反射、介质吸收损耗等）： 同比例衰减！ 3.5 光学谐振腔的衍射理论基础 3.5 光学谐振腔的衍射理论基础 3 、稳态场的形成——模的“ 自再现” 3 、稳态场的形成——模的“ 自再现” 镜1上的场分布，到达镜2时，由于衍射，要经历一次能量的损耗和场分布的变化， 中间能量损失小，镜边缘损失大，每单程渡越一次，都会发生类似的能量损耗和场 分布变化，多次往返后，从而逐渐形成中间强、边缘弱的基本不受衍射影响的稳态 场分布，该稳态场分布一个往返后可“ 自再现” 出发时的场分布，唯一变化是镜面上 各点的场振幅按同样的比例衰减，各点相位发生同样大小的滞后。当两镜面完全相 。当两镜面完全相 同时(对称开腔) ，该稳态场分布在腔内经单程渡越后即实现“再现”。 同时(对称开腔) ，该稳态场分布在腔内经单程渡越后即实现“再现” (1)开腔的自再现模或横模：开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布。 (1)开腔的自再现模或横模：开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布。 (2)往返损耗：自再现模往返一次的损耗。 (2)往返损耗：自再现模往返一次的损耗。 (3)往返相移：自再现模往返一次的相位变化，等于2 π的整数倍。 (3)往返相移：自再现模往返一次的相位变化，等于2 π的整数倍。 3.5 光学谐振腔的衍射理论基础 3.5 光学谐振腔的衍射理论基础 二、自再现物理过程的形象化描述和定性解释——孔阑传输 二、自再现物理过程的形象化描述和定性解释——孔阑传输 横向场振幅分布和相位分布都均匀的平面波入射，经过多次孔阑的衍射影响 横向场振幅分布和相位分布都均匀的平面波入射，经过多次孔阑的衍射影响 后，二者都变得不再均匀，成为相对场振幅和相对相位分布都不受衍射影响的 后，二者都变得不再均匀，成为相对场振幅和相对相位分布都不受衍射影响的 稳态场分布。 稳态场分布。