第10講-光學(xué)諧振腔-縱模、橫模(編輯修改稿)
2024-09-03 11:20 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 L? ?? T??G0?T??t0q? 1q? ? 2q ?t1t 開腔模式的物理概念和衍射理論分析方法 ? 我們關(guān)心的問題：在由無側(cè)面的共軸反射鏡構(gòu)成的開放光學(xué)諧振腔區(qū)域中，是否存在不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定的電磁場(chǎng)分布？ ? 如何求出這個(gè)分布的具體形式？ ? 在考察光學(xué)諧振腔中電磁場(chǎng)的分布時(shí)，我們首先關(guān)心的是鏡面上的分布，因?yàn)殓R面一般作為激光輸出窗口，而輸出激光的場(chǎng)分布就直接與鏡面上的場(chǎng)分布有關(guān)。 開腔模式的物理概念 ? 開腔中有多種損耗： – 由于反射鏡尺寸有限，在反射鏡邊界處引起的衍射損耗，該損耗會(huì)影響開腔中振蕩的激光模式的橫向分布； – 反射鏡不完全反射、介質(zhì)吸收等因素引起的損耗不影響模式的橫向分布； ? 開腔的理想模型：兩塊反射鏡片處于均勻的各向同性介質(zhì)中； 開腔模式的物理概念 ? 假設(shè)初始時(shí)在鏡面 1上有分布為 u1的電磁場(chǎng)從鏡面 1向鏡面2傳輸，經(jīng)過一次渡越，在鏡面 2上有分布為 u2的場(chǎng)，在經(jīng)過反射后再次渡越回到鏡面 1時(shí)場(chǎng)的分布為 u3，如此反復(fù)。 ? 受到各種損耗的影響，不僅每次渡越會(huì)造成能量的衰減，而且振幅橫向分布也會(huì)由于衍射損耗的存在而發(fā)生改變； ? 由于衍射損耗僅發(fā)生在鏡面的邊緣，因此只有中心振幅大，邊緣振幅小的場(chǎng)才會(huì)盡可能少的受到衍射損耗的影響。經(jīng)過多次渡越后，這樣的模式除了振幅整體下降，其橫向分布將不發(fā)生變化，即在腔內(nèi)往返傳輸一次后可以 “ 再現(xiàn) ”出發(fā)時(shí)的振幅分布。 開腔模式的物理概念 ? 將開腔中這種經(jīng)一次往返可再現(xiàn)的穩(wěn)定電磁場(chǎng)分布稱為開腔的 自再現(xiàn)模 ； ? 自再現(xiàn)模經(jīng)一次往返所發(fā)生的能量損耗定義為模的往返損耗，它等于衍射損耗； ? 自再現(xiàn)模經(jīng)一次往返所產(chǎn)生的相位差定義為往返相移，往返相移應(yīng)為 2π的整數(shù)倍，這是由腔內(nèi)模的諧振條件決定的。 開腔模式的物理概念 ? 孔闌傳輸線 ? 開腔物理模型中衍射的作用 – 腔內(nèi)會(huì)隨機(jī)的產(chǎn)生各種不同的模，而衍射效應(yīng)將其中可以實(shí)現(xiàn)自再現(xiàn)的模式選擇出來； – 由于衍射的影響，鏡面上每一點(diǎn)的電磁場(chǎng)都可以視作前一個(gè)鏡面上每一點(diǎn)作為次級(jí)子波源發(fā)出光波場(chǎng)的疊加，因此每點(diǎn)的相位之間的關(guān)聯(lián)就越來越緊密，即相干性越來越好； 開腔衍射理論分析 ? 菲涅爾 基爾霍夫衍射積分 – 惠更斯 菲涅爾原理：波前上每一點(diǎn)都可以看成是新的波源，發(fā)出次級(jí)子波，空間中的任意一點(diǎn)的光場(chǎng)就是這些子波在該點(diǎn)相干疊加的結(jié)果； – 該原理是研究光學(xué)衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)，因此也必然是開腔模式的物理基礎(chǔ)； – 該原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式是基爾霍夫衍射積分方程； 開腔衍射理論分析 – 設(shè)已知空間某一曲面 S上光波長(zhǎng)的振幅和相位分布函數(shù)為u(x’ ,y’ )，則空間任一點(diǎn) P處的光場(chǎng)分布，可以看作曲面 S上每點(diǎn)作為次級(jí)子波源發(fā)出的非均勻球面波在 P點(diǎn)的疊加，由菲涅爾 基爾霍夫衍射
法律信息相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1