光学谐振腔的损耗

1、 损耗大小是评价谐振腔的一个重要指损耗大小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。标，也是腔模理论的重要研究课题。 本节讨论无源（增益本节讨论无源（增益G=0G=0）开腔的各）开腔的各 种损耗及其计算。种损耗及其计算。 1. 1. 几何偏折损耗几何偏折损耗 光线在腔内往返传播时，可能从腔的侧面偏光线在腔内往返传播时，可能从腔的侧面偏 折出去，这种损耗称为几何偏折损耗。折出去，这种损耗称为几何偏折损耗。 几何偏折损耗与腔型、模次的高低有关。几何偏折损耗与腔型、模次的高低有关。 2. 2. 衍射损耗衍射损耗 由光的衍射造成的损耗。由光的衍射造成的损耗。 衍射损耗与腔的菲涅耳数（衍

2、射损耗与腔的菲涅耳数（N=aN=a2 2/L/L）有关，）有关， 与腔的几何参数与腔的几何参数g g有关，而且不同横模的衍射损有关，而且不同横模的衍射损 耗也各不相同。耗也各不相同。 3. 3. 腔镜反射不完全引起的损耗腔镜反射不完全引起的损耗 4. 4. 其它损耗其它损耗 包括材料中的非激活吸收、散射，腔内插入包括材料中的非激活吸收、散射，腔内插入 物（如布儒斯特窗、调物（如布儒斯特窗、调Q Q元件、调制器、元件、调制器、F-PF-P标准标准 具等）。具等）。 前两种损耗为选择性损耗，由积分方前两种损耗为选择性损耗，由积分方 程本征值所决定；程本征值所决定； 后两种损耗为非选择性损耗。后两种

3、损耗为非选择性损耗。 1. 1. 用用平均单程损耗因子描述平均单程损耗因子描述 设设I0初始光强，初始光强， I1经过无源腔往返一次后的光强。经过无源腔往返一次后的光强。 则则 2 10 0 1 1 ln 2 II e I I 当当很小时，很小时， 0 1 0000101 11110 1 lnln1 (1)(1) I I IIIIIII IIIII 01 0 1 2 II I 若损耗由多种因素引起，则有：若损耗由多种因素引起，则有： 312 2222 100 II eeeI e 总 123 总 2.2.用用R R无源腔中光子的平均寿命描述：无源腔中光子的平均寿命描述： 腔内腔内t t时刻的光子

4、数为时刻的光子数为 00 ( ) R tc t L q tq eq e 式中 L 表示单位长度上的损耗， c 表示光在介质 中单位时间所通过的长度，所以 c L 表示通过介 质单位时间的损耗。可见： R L c 2.2.用用R R无源腔中光子的平均寿命描述：无源腔中光子的平均寿命描述： 如果寿命是由多种因素引起的：如果寿命是由多种因素引起的： 12 12 111 () RRR cc LL 3.3.用用Q Q无源腔的品质因数（无源腔的品质因数（Q Q值）描述：值）描述： 2 22 Q WL c c W L 腔内储存的激光能量 每秒损耗的激光能量 12 2 111 R Q QQQ 4.4.用用无源

5、谐振腔的线宽描述：无源谐振腔的线宽描述： 12 1 2 ccc R 4个参量（、R、Q、C）是等价的， 知道其一，就知道其余 1.1.由腔镜反射不完全引起的损耗由腔镜反射不完全引起的损耗 22 10 1 20 1 20 1 2 (0, 1 ln() 2 r GL r II rr eI rr GI e rr 无源腔） 当r1=1，r2=r1时 1 2 ln()lnln1 (1)(1) 1 (1) 2 r rrrrr r 2.2.平行平面腔中斜向传播波型的几何损耗平行平面腔中斜向传播波型的几何损耗 2.2.平行平面腔中斜向传播波型的几何损耗平行平面腔中斜向传播波型的几何损耗 设光线经m次往返逸出腔

6、外 0 2( 2 22 2 m LD D m L LDL mtm cc L D c 甚小） 3.3.腔镜倾斜时的几何损耗腔镜倾斜时的几何损耗 3.3.腔镜倾斜时的几何损耗腔镜倾斜时的几何损耗 设光线经m次往返逸出腔外 2 1 2 2610(21)2 21 35(21) 2 () 2 LLLLmD LmD L mD D m L 3.3.腔镜倾斜时的几何损耗腔镜倾斜时的几何损耗 设光线经m次往返逸出腔外 0 1 2 2 2 () L mtm c DL c 代入得： 4.4.衍射损耗衍射损耗 4.4.衍射损耗衍射损耗 孔径为2a的平行平面腔等效 于孔径为2a的孔阑传输线，衍射 的第一极小值出现在 1.220.61 2aa 的方向 忽略第一暗环以外的光； 假设中心亮斑内光强均匀分布。 4.4.衍射损耗衍射损耗 设 W0总光能； W-射入第二孔径内的光能。 222 22222 0 2 2 ()22 111 22 11(0.61)1 1 1 1 waaa wa aLaaLLaaL LLL aaaa a N L