光学谐振腔作用

1、1光学谐振器功能？谐振腔的功能是提供正反馈，从而使活性介质中产生的辐射能量多次通过介质。当受激辐射提供的增益超过损耗时，它在腔中被放大，并建立和保持自激振荡。另一个重要的功能是控制腔中振荡光束的特性，使得在腔中建立的振荡限于由腔确定的几个本征模，从而增加单模中的光子数，并获得具有良好单色性和方向性的强相干光。2光学谐振器的组成部分是什么，它们的功能是什么？(1)激活介质：用于补偿振荡过程中腔体内电磁场的能量损失，以满足阈值条件。(2)两面涂有高反射率薄膜的镜子：使活性介质中产生的辐射能多次通过介质获得，同时控制光束的输出。3光学谐振腔的稳定性条件是什么，有什么例外吗？导出稳定条件的基础是什么？

2、光学谐振器的稳定性条件是没有例外。因为谐振腔稳定性的这个标准要求谐振腔中的傍轴光不会由于腔镜的反射偏转而从谐振腔中逸出，所以不考虑光波的衍射逸出损耗，而只考虑几何损耗，这是谐振腔稳定性的最低要求。因为对光的往返次数没有限制，这个最低要求实际上是一个严格的要求，它成为谐振器稳定性的标准。4什么样的光学谐振腔有焦点？在特殊的稳定腔中，如果反射镜的中心在腔内，那么腔内就会有一个焦点，一般来说，如果高斯光束的腰在腔内，那么相应的光学谐振腔内就会有一个焦点。试分析ABCD定律在光学谐振腔分析中的作用。因为ABCD定律可以描述共振腔中任何傍轴光线的往返传播行为，它与初始坐标无关，但是如果给定初始坐标，最终

3、坐标可以根据ABCD定律得到。一般稳定的球面镜谐振器与其等效的共焦谐振器之间有什么相似之处和不同之处？任何共焦腔都相当于无数稳定的球形腔。任何稳定的球形腔都唯一地等价于共焦腔。共焦腔属于临界腔，稳定球形腔属于稳定腔。7不稳定谐振器的优点是什么？非稳腔的优点如下：(1)它具有较大的可控模体积，适用于高功率激光器。(2)可以从腔中提取有用的衍射耦合输出。(3)易于识别和控制横向模具。(4)易于获得单端输出和准直平行光束。8几何损耗存在于哪种谐振器中？它主要存在于不稳定谐振腔中。光学谐振腔的衍射损耗与什么参数有关？光学谐振腔的衍射损耗与菲涅耳数、腔的几何参数和横模阶数有关。为什么你说光学谐振腔积分方

4、程特征值的实部决定了腔损耗？结果，你得到了：通过替换。也就是说，自再现模式的振幅衰减在腔中增加了一度之后。也就是说，的实部决定腔损耗，它表示每次相位滞后增加时由虚部决定的单向相移。为什么你说光学谐振腔积分方程特征值的虚部决定光波的单向相移？结果，你得到了：通过替换。也就是说，自再现模式的振幅衰减在腔中增加了一度之后。也就是说，的实部决定腔损耗，它表示每次相位滞后增加时由虚部决定的单向相移。12稳定谐振器的可能形式是什么？与不稳定谐振器相比有什么缺点？用于稳定谐振器的反射镜的可能组合是双凹面、平凹面和凸凹面。与非稳腔相比，其缺点是：(1)选模能力差，高阶横模也会开始振动；模式大小很小，即0光学谐

5、振腔的常用研究方法是什么？如何理解自复制模块？用衍射积分方程方法研究激光模式和几何光学方法的优缺点是什么？(1)光学谐振腔的常用研究方法是几何光学和衍射积分方程法。(2)经过多次往返传播后，光场的每次传播只带来相位滞后和振幅衰减，其横向振幅分布(横向模式)基本保持不变，因此稳定的场分布称为自再现模式。谐振腔自再现模式的产生主要是由于光波通过光阑系统的周期性损耗以及振幅和相位的重新分布，与初始波形和特性无关。(3)从长远来看，光学谐振腔比光的波长长，所以波动可以忽略，光束可以视为光。基于几何光学的光传输矩阵法简单直观。谐振腔的稳定性分析和高斯光束的ABCD定律与实验一致，但光传输矩阵法不能分析衍

6、射损耗和腔模特性。考虑到波和衍射，麦克斯韦方程可以转化为基于腔模自再现概念的本征积分方程。这个内在积分方程是描述谐振腔特性的严格方程。解析解提供的光波模式特性有助于理解一系列重要的激光特性，如相干性、方向性和单色性。14光学谐振器的模式是什么？纵向和横向模具有什么要求？其中包含什么物理思想？横模：谐振腔中光场在垂直于其传播方向的方向上的稳定场分布。纵向模式：满足共振条件的驻波场沿轴纵向的分布。:为了稳定横模，必须满足在反射镜上来回反射的光波的相对振幅和相位分布不变的条件。纵向模式需要满足等效腔长应为谐振半波长的整数倍的条件，即驻波条件。15用Fox-Li数值迭代法求解平行平面镜谐振腔，有什么结

7、论和意义？(1)结论：振幅分布：最大中心振幅，均匀对称，高阶横模：过零数与该模的阶数一致，相位分布：镜面不是等相位平面，基模(TEM00)不再是平面波，菲涅耳数可以近似为节点线分隔的每个区域的平面波。单向相移和损耗：稳定后，在反射镜上取一点，计算一次渡越传播后某一模式在该点的振幅和相位大小的相对变化。该模式的平均单向相移和损耗可以通过相对变化的复杂分析来获得。额外的单向相移为。共振频率：不同于纵向模式和横向模式和共振频率。菲涅耳数n越大，频率差越大。横模阶数越高，频率差越大。(2)含义：1 .通过逐次近似计算，直接得到一系列自复制模，首次证明了开腔模的存在性，并从数学上证明了开腔自复制模积分本

8、征方程的存在性。2.这有助于理解自我复制模式形成的物理过程。数学运算对应于波在腔内来回传播形成自复制模式的物理过程。3.理论上，它可以用来计算任何形状的开放腔中的自复制模，具有普适性。16稳定球形谐振腔中傍轴光线的单向相对功率损耗与单向衍射损耗因子之间有什么关系？以一种方式在腔中传播的自再现模式所经历的光强度的相对损失是模式的平均单向损失，其不仅包括几何光学的光横向偏转，还包括诸如衍射的其他损失。单向衍射损耗因子的幅度越大，自再现模式aft的光功率衰减越大如果它们是相同高阶横模的不同模斑，它们具有相同的频率和平行的偏振方向，并且具有180或0的固定相位差。只要光程差在相干长度内，它们就可以干涉

9、、抵消或建立。如果不同的高阶横模，甚至同一个纵模的不同横模，有频率差而不能干涉，但即使这个差可以忽略不计，它们的偏振方向和相位是不同的，所以它们不能干涉。由方镜和圆镜组成的稳定谐振腔有什么区别吗？为什么？这是有区别的。虽然基模光束的振幅分布、光斑尺寸、等相位面曲率半径和光束发散角完全相同，但存在以下差异：(1)圆球面镜的共焦腔不同于方球面镜的共焦腔。存在由两个相同的圆形球面镜组成的对称共焦腔，其具有圆柱对称结构。用极坐标系统讨论谐振腔的光场分布和传播更为方便。(2)方镜共焦腔模的解是一组特殊定义的长椭球函数，当腔的N值不是很小时，可以近似表示为厄米多项式和高斯函数的乘积。对于圆镜共焦腔，本征函

10、数的解是一个超椭球函数，当n不是很小时，它可以近似表示为拉盖尔多项式和高斯函数的乘积。(3)方镜上高阶横模的光斑半径与基模光斑半径的关系为，而圆镜共焦腔镜上高阶横模的光斑半径为。你能得到稳定腔横模的解析表示吗？为什么？我不明白。首先，根据典型激光器中开放光学谐振腔的实际情况，进行标量处理，忽略腔内光场的偏振特性。其次，方程很难求解。只有特殊空腔可以解析求解，其他情况需要数值求解。第三，分析表示包括强度和相位。虽然有一个与稳定腔价格相同的共焦腔，但同一振幅上各点的相位是不同的。为什么对称共焦腔很重要？对称共焦腔不仅可以定量解释共焦腔振荡模式本身的特性，更重要的是，它可以推广到整个低损耗球面镜腔系

11、统。共焦腔的模理论表明，任何共焦腔都等价于无限个稳定的球形腔，任何稳定的球形腔都唯一等价于一个共焦腔。因此，共焦腔的模式理论是研究激光模式理论的重要基础。利用对称条件，可以简化积分本征方程，得到精确的解析解，并分析模式的场分布。因此，研究对称共焦腔非常重要。如果用一个参数来描述稳定谐振腔的衍射损耗，你想用哪一个？为什么？选择菲涅耳数来表示它。其中a是腔镜的半径，l是腔长。因为衍射损耗来自光束衍射，所以衍射损耗与腔镜的尺寸和距离有关。菲涅耳数n与模的表面积和模的光斑面积有关，因此它在一定程度上反映了导致衍射损耗的另外两个因素：腔的几何结构和横模的阶数。因此，选择菲涅耳参数n来描述衍射损耗。谁决定

12、激光单纵模的谱线宽度，请列出所涉及的因素。你能归纳出一个参数描述吗？上述公式不包括增益，即无源腔的线宽。它与腔损耗、光子寿命等因素有关，可以归结为一个参数Q，代表腔的质量因子。Q越高，腔的存储性能越好，损耗越小，光子寿命越长，线宽越窄。24激光器介质增益系数阈值条件的物理意义是什么？该系数由激光振荡的阈值条件导出，并由增益系数和最小re的公式得到激光振荡所需的最小阈值泵浦功率密度是多少？当激发泵浦速率达到激光振荡所需的阈值时，它与荧光效率、泵浦量子效率、激光波长、线宽、折射率、单程损耗因子和激光量子效率有关。对于三能级系统，它与荧光效率和泵浦量子效率有关。泵浦频率、介电粒子密度n与激光量子效率

13、相关。当26列速率方程最初区分单模和多模情况时，为什么要分别讨论不同的能级系统类型？通过比较单模速率方程，我们可以看出单模激光场中三能级和四能级系统的光子数的增长率与上下能级之间的粒子数密度差成正比，并受到模损耗的限制。在种群反转的变化上，三级和四级系统是不同的。三能级系统的粒子数反转率随时间的变化还有两个负项，这表明三能级系统的粒子数反转比激光中的四能级系统需要克服更多的障碍。27当建立多模激光器的速率方程时，应该做什么近似，为什么？解耦近似假设：忽略不同模式频率和横模场分布的差异，采用以下近似假设：1 .各模式的腔损耗和光子寿命大致相同。2.在每种模式下由光子引起的激发跃迁速率大致相等。也

14、就是说，每个模式光子对物质的影响大致相同。原因在于空间和频率域的不同分布，这构成了激光器中的各种振荡模式；不同的横模在腔损耗和模体积上有明显的差异，不同的纵模在与介质相互作用时有不同的跃迁速率。为了讨论多模平方和激活截止之间的相互作用，有必要写出每个振荡模式的光子数密度的速率方程，其中包括每个振荡模式与工作能级上的粒子之间的相互作用。通常，振荡模式不是完全独立的，并且存在耦合。因此，这是一项非常复杂和困难的工作，只能在某些条件或近似模型下进行简化和定性讨论。28何时使用小信号增益系数，何时使用大信号增益系数？如何获得大信号增益系数？如果入射光强度饱和。此时，使用小信号增益因子。小信号增益系数的

15、函数形状完全取决于线性函数，它与入射光频率有关，与光强无关。如果幅度相当，增益系数与光强有关。在这种情况下，使用大信号增益系数。无论是均匀的、非均匀的还是全面加宽的大信号增益系数，其表达式都可以用速率方程理论导出。如果大信号在均匀展宽条件下的增益系数为：可以看出，为了确定大信号的增益系数，实验手段也是必要的。例如，它取决于工作物质的特性和激发速率，并通过实验来测量。此外，分母中还有一项，其中饱和光强也需要通过实验来测量，最终可以确定大信号增益系数。29个激光器总是有增益饱和吗？为什么？不。在脉冲激光器中，因为光学增益时间比激励时间短，所以增益饱和可能不会在操作中发生。或者在非均匀加宽中，当增益

16、曲线上对应于入射光频率的频率处的增益系数刚好等于损耗时，不存在增益饱和。均匀加宽介质中存在纵向模式竞争吗？为什么？是的。在均匀加宽的介质中，当几个纵向模式同时开始振动时，每个模式光场获得的增益是不同的，一个模式获得的净增益由介质增益曲线在模式频率处超过增益阈值线的部分决定，靠近中频中心的纵向模式光场获得最大的净增益。随着各模式强度的增加，饱和现象出现，有源介质的增益曲线减小这两个孔对应两个光场频率，所以激光输出双色光。对吧。为什么？错了。因为在激光器中，激光波被谐振腔反射并双向传播。频率沿z方向传播的光波只会激发出粒子群在z方向亚速度的激发辐射。其中是运动粒子的中心频率。然而，沿负Z方向传播的光波，其频率只应激发出粒子群在Z方向的亚速度的激发辐射。可以看出，增益曲线上对称燃烧的两个孔对应于粒子的表观中心频率，它们对称分布在激光工作介质中心频率的两侧，光场频率始终为0，即激光器输出