激光原理与技术教学课件-第16讲 光学谐振腔-稳定性、纵模.pdfVIP

激光原理与技术 ·原理部分 第16讲 光学谐振腔：稳定性 光学谐振腔激光之源 16.0 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--光腔决定模式； 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。 16.1光学谐振腔的稳定性 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：  引入g参数后可以将上式写为： 0  1L / R 1L / R 1  1 2  此式为共轴球面腔的稳定性条件 0  g g 1  反射镜的凹面向着腔内时，R取正值，凸面向着腔内时，R取负值。  1 2   L L g 1 1 ,g 2 1   R1 R 2 16.1.1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；  对于常用的共轴反射镜腔，当满足前面得到的稳定性条件0 g g 1 时，称为 1 2 稳定腔；  当 g g 0或g g 1 时，称为非稳腔； 1 2 1 2  当 g g 0或g g 1 时，称为临界腔； 1 2 1 2 16.1.1光学谐振腔的构成与分类 • 常见开腔的构成及分类： R ,R  – 1、平行平面腔： 1 2 d d g 1 1,g 1 1 g g 1 1 2 1 2