《光学谐振腔的损耗》ppt课件

1、第二节 光学谐振腔的损耗1) 几何损耗：光线在腔内往返几次，能够逸出腔 外，这种损耗称为几何损耗。一、光腔的损耗及其描画 光腔的损耗是指光在腔内传播时，由于各种物理要素呵斥的光强的衰减。1. 损耗的定义：2. 损耗的种类：3)输出腔镜的透射损耗：由于腔镜反射率不为1造 成的能量损失。 2) 衍射损耗：由于腔的反射口径有限，光在其上 会发生衍射，呵斥一部分能量损失，称为衍射 损耗。 4) 非激活吸收、散射损耗 ： a.任务物质对光有吸收引起的损耗; b.固体内有杂质呵斥散射引起的能量损耗。3. 损耗的描画：用平均单程损耗因子来定量描画光在腔内单程渡越光阴强的平均衰减百分数。010010102 2

2、 IIIIIIII损耗为：损耗为：则光在腔内往返一次的则光在腔内往返一次的，后，光强衰减为后，光强衰减为，在无源腔中往返一次，在无源腔中往返一次设初始光强为设初始光强为L10I II I1平均单程损耗的定义10201 ln21 IIeII得的指数定义形式)(IeIIIII 21212122 10200010时：当21 ii时，总损耗为当损耗由多种因素引起2单程损耗的计算 谐振腔失调时的几何损耗LDmDLmDmLDmLLLmD2 2 )12(.31 2 ) 12(2 . 6 2 2次后逸出腔外，则有，且光在腔内往返设腔镜的直径为角时面构成当平面腔的两个镜DLmmm2 21 1单程损耗为往返一次的

3、损耗为：次光逸出腔外往返4 . 0rad102L2D1%,1mL1cm,D 6-2则两个镜面的倾斜角求失调损耗若要的平平腔腔长对于一个口径举例q qLq qL 衍射损耗 2222 )()( , , 222222222211daLaaLaaLLaLLaLaaLqqqqqqqq而有一部分损失掉了：没有完全反射回来光由于存在腔镜的衍射时光在谐振腔内往返传输。称为其中，光，则：忽略第一个暗环以外的根据夫琅和费衍射公式菲涅耳数菲涅耳数 11 61. 0aL1.22 ,22d2LaNNLaaq带的数目。带的数目。菲涅耳菲涅耳一个镜面上可以划分的一个镜面上可以划分的从一个镜面中心看到另从一个镜面中心看到另半

4、波半波菲涅尔数的定义：菲涅尔数的定义： 透射损耗212021010ln21 rreIrrIIIrr反射后的光强为：个镜子在腔内往返一周，经两如图所示，初始光强1r2r1I0I是输出镜透过率式中，时，当TTrrrrr2121ln21 1r121 zeIzIdz IdIII dIdz0 :, ：定义衰减量为的介质光通过长设由于吸收吸收系数吸收系数Idz I吸收损耗leIIll吸单程损耗为因此，介质吸收引起的光强为：则光在腔内往返一次后介质的长度为的吸收系数是均匀的，若腔内介质 : 201 222 001LLLIIIIdzdI L衰减的百分数为：光强，则光通过单位距离后，腔长为设单程损耗为二、光子在

5、腔内的平均寿命dtLcIdI LcIdtdI dtcdz 得代入上式将RttLceIeItI00)( 解方程得eIItRR0)( 时：当cLR式中，腔的时间常数腔寿命 enncLttnentnvhtntItntRRtR000)( 0 )( )()( 时：当时刻的光子数密度表示式中，则时刻腔内光子数密度为用光子数表示光强，设tttntenndtttRt ,d , 0 d dd : R0因此它们的寿命为它们就不再腔内时间后再经过时间内它们存在于腔内个光子在这度为时间内减少的光子数密在R0000 1 )(1 dtentndntnRtR：所有光子的平均寿命为iTLctcLiRRRR11 b. 1 .

6、a素时：当腔内存在多种损耗因寿命越长；越大，腔内光子的平均越小，光在腔内传输一次；间）（光子在腔内的渡越时时，损耗最大，当讨论举例ns150ns3 1cm90 5 .49 0.02ln21 0.98r RR2121，则得，设，时，当TTrtnLtcLrr-r单位时间内损耗的能量储存在腔内的总能量腔内电磁场的振荡频率式中，值的定义：PPQ 2 Q三、无源腔的质量因数Q值VhenVhtntPVnhnVRtR0dddd 为：单位时间内光能的减少腔内的总储能为：，则，光子数密度为为设腔内振荡光束的体积cLVheVhenPQRRtt2 2 n22 RR00品质因数：iiQ.QQQ QQ1111 b. a. 21：当腔内存在几种损耗时腔内光子寿命长。损耗低，值高，腔的储能性好，腔的储能及损耗特性。要的物理量，它表征是衡量腔质量的一个重讨论814R107 . 42 )6 . 0(Hz105 150 RQmns得，设举例RteItI0( 已知腔内的光强为四、无源腔的单模线宽 RteAtA20 光场的振幅为：描述的平方成比例，因此上式光的强度与光场振幅的由于tittieeetAtER20A)()( :而光场可以表示为QLcR221 c频谱宽度，即有有限的式所示的衰减光场将具由傅里叶分析可知，上无源腔的单模线宽无源腔的单模线宽的物理意义：无源腔中一个本征方式的谱线宽度