14光谱线增宽.DOCVIP

1. 光学谐振腔的损耗 增益与损耗是描述激光在谐振腔内所经历的两个相反的过程，光腔损耗是评价谐振腔的一个重要指标，也是腔模理论的重要研究课题。在初步了解了激光介质的增益系数、增益饱和以及光学谐振腔的构成与分类基础上，本节重点讨论无源开腔的某些损耗及其计算。 (1). 光学谐振腔损耗的分类 “光学开腔”的损耗主要包括： 1）几何偏折损耗：光线在腔内往返传播时，从腔的侧面偏折逸出的损耗，其大小取决于腔的类型和几何尺寸。 几何偏折损耗与腔型和腔内的模式有关 a. 稳定腔傍轴光线几何损耗为零 b. 非稳定腔傍轴光线几何损耗大 c. 高阶横模较低阶横模几何损耗更大 2）衍射损耗： 从波动光学观点来看，由于腔反射镜面几何尺寸是有限的，光波在腔内往返传播时必然因腔镜边缘的衍射效应而产生损耗。如果在腔内插入其他光学元件，还应当考虑其边缘或孔径的衍射引起的损耗。通常将这类损耗称为衍射损耗，可由求解腔的衍射积分方程得出，其大小与腔的菲涅耳数、腔的几何参数以及横模阶数等都有关系。 3）腔镜反射不完全引起的损耗： 这部分损耗包括镜中的吸收、散射以及镜的透射损耗。通常光腔至少有一个反射镜是部分透射的，有时透射率可能很高(例如，某些固体激光器的输出镜透射率可以＞50％)，另一个反射镜即通常所称的“全反射”镜，其反射率也不可能做到100％。 4）其他损耗： 材料中的非激活吸收、散射，腔内插入物(如布儒斯特镜、调Q元件、调制器等)所引起的损耗，等等。 (2). 腔内损耗的描述—平均单程损耗因子 无论哪一种损耗，我们都可以引入平均单程损耗因子来定量的加以描述，它有两种定义： 1）在无源腔内，初始光强往返一次后光腔衰减为，则： 2）单程渡越时光强的平均衰减百分数来定义单程损耗因子： 当损耗很小时，两种定义方式是一致的 (3). 腔内损耗举例—腔镜反射不完全损耗 当 时，有： 如果进行更粗略的计算，也可以采用： 由衍射引起的损耗随腔的类型、具体几何尺寸及振荡模式而不同，是一个很复杂的问题。这里只就均匀平面波在平面孔径上的夫琅和费(Fraunhofer)衍射对腔的损耗作一粗略的估计。 均匀平面波在入射到半径为a的第一个圆形孔径上时，穿过孔径后发生衍射的第一极小值出现的位置方向是： N：腔的菲涅耳数，是从一个镜面中心看到另一个镜面上可以划分的菲涅耳半波带数，也是衍射光在腔内的最大往返次数。表征衍射损耗大小的物理量，N越大，衍射损耗越小。 应该指出：上述推导是不够精确的，原因是： 1)假设的是均匀平面波入射到半径为a的孔径光阑上； 2)在计算能量损耗时，假设光斑范围内能量是均匀分布的； 此种计算方法计算的衍射损耗比实际腔内模式衍射损耗要高很多，但这种简化分析很好的揭示了衍射损耗与腔菲涅尔数之间大小的关系，这一点对各类开腔都具有普遍的意义。而二者严格的关系式只有通过严格的波动光学分析来求解。 腔镜倾斜时的几何损耗：自行推导！！！！