光學(xué)諧振腔損耗實用教案

1、光腔的損耗光腔的損耗(snho)及其描述及其描述 光腔的損耗是指光在腔內(nèi)傳播(chunb)時，由于各種物理因素造成的光強的衰減。第1頁/共21頁第一頁，共22頁。 非激活吸收、散射損耗（內(nèi)部損耗）：工作物質(zhì)對光有吸收引起的損耗;固體內(nèi)有雜質(zhì)造成(zo chn)散射引起的能量損耗。損耗損耗(snho)的的種類種類鏡面損耗：鏡面損耗：幾何損耗：光線在腔內(nèi)往返幾次，可能逸出腔外，這種損耗稱為幾何損耗。幾何損耗：光線在腔內(nèi)往返幾次，可能逸出腔外，這種損耗稱為幾何損耗。衍射損耗：由于腔的反射口徑有限，光在其上會發(fā)生衍射，造成一部分能量損失衍射損耗：由于腔的反射口徑有限，光在其上會發(fā)生衍射，造成一部分能量

2、損失(snsh)，稱為，稱為衍射損耗。衍射損耗。輸出腔鏡的透射損耗：由于腔鏡反射率不為輸出腔鏡的透射損耗：由于腔鏡反射率不為1造成的能量損失造成的能量損失(snsh)。第2頁/共21頁第二頁，共22頁。損耗損耗(snho)的的描述描述用平均單程損耗(snho)因子來定量描述010010102 2 IIIIIIII損耗為：則光在腔內(nèi)往返一次的，后，光強衰減為，在無源腔中往返一次設(shè)初始光強為L10I II I平均單程損耗因子的定義(dngy)：光在腔內(nèi)單程渡越時光強的平均衰減百分?jǐn)?shù)第3頁/共21頁第三頁，共22頁。10201 ln21 IIeII得的指數(shù)定義形式)(IeIIIII 21212122

3、 10200010時：當(dāng)21 ii時，總損耗為當(dāng)損耗由多種因素引起損耗損耗(snho)的描述的描述單程損耗單程損耗(snho)指數(shù)因子指數(shù)因子第4頁/共21頁第四頁，共22頁。單程(dnchng)損耗的計算1、諧振腔失調(diào)(shtio)時的幾何損耗LDmDLmDmLDmLLLmD2 2 )12(.31 2 ) 12(2 . 6 2 2次后逸出腔外，則有，且光在腔內(nèi)往返設(shè)腔鏡的直徑為角時面構(gòu)成當(dāng)平面腔的兩個鏡第5頁/共21頁第五頁，共22頁。DLmmm2 21 1單程損耗為往返一次的損耗為：次光逸出腔外往返4 . 0rad102L2D1%,1mL1cm,D 6-2則兩個鏡面的傾斜角求失調(diào)損耗若要的

4、平平腔腔長對于一個口徑舉例(j l)單程損耗單程損耗(snho)的計算的計算第6頁/共21頁第六頁，共22頁。q qLq qL2、衍射(ynsh)損耗 2222 )()( , , 222222222211daLaaLaaLLaLLaLaaLqqqqqqqq而有一部分損失掉了：沒有完全反射回來光由于存在腔鏡的衍射時光在諧振腔內(nèi)往返傳輸單程單程(dnchng)損耗的計算損耗的計算第7頁/共21頁第七頁，共22頁。稱為其中，光，則：忽略第一個暗環(huán)以外的根據(jù)夫瑯和費衍射公式菲涅耳數(shù)菲涅耳數(shù) 11 61. 0aL1.22 ,22d2LaNNLaaq帶的數(shù)目。帶的數(shù)目。菲涅耳菲涅耳一個鏡面上可以劃分的一個

5、鏡面上可以劃分的從一個鏡面中心看到另從一個鏡面中心看到另半波半波菲涅爾數(shù)的定義：菲涅爾數(shù)的定義： 單程損耗單程損耗(snho)的計算的計算第8頁/共21頁第八頁，共22頁。3、透射(tu sh)損耗212021010ln21 rreIrrIIIrr反射后的光強為：個鏡子在腔內(nèi)往返一周，經(jīng)兩如圖所示，初始光強1r2r1I0I是輸出鏡透過率式中，時，當(dāng)TTrrrrr2121ln21 1r121單程損耗單程損耗(snho)的計算的計算第9頁/共21頁第九頁，共22頁。 zeIzIdz IdIII dIdz0 :, ：定義衰減量為的介質(zhì)光通過長設(shè)由于吸收吸收系數(shù)吸收系數(shù)吸收(xshu)損耗leIIll

6、吸單程損耗為因此，介質(zhì)吸收引起的光強為：則光在腔內(nèi)往返一次后介質(zhì)的長度為的吸收系數(shù)是均勻的，若腔內(nèi)介質(zhì) : 201單程損耗單程損耗(snho)的計算的計算第10頁/共21頁第十頁，共22頁。 222 001LLLIIIIdzdI L衰減的百分?jǐn)?shù)為：光強，則光通過單位距離后，腔長為設(shè)單程損耗為光子(gungz)在腔內(nèi)的平均壽命dtLcIdI LcIdtdI dtcdz 得代入上式將RttLceIeItI00)( 解方程得第11頁/共21頁第十一頁，共22頁。cLR式中，腔的時間常數(shù)(sh jin chn sh)（腔壽命）？ enncLttnentnhtntItntRRtR000)( 0 )( c

7、 )()( 時：當(dāng)時刻的光子數(shù)密度表示式中，則時刻腔內(nèi)光子數(shù)密度為用光子數(shù)表示光強，設(shè)光子(gungz)在腔內(nèi)的平均壽命證明：腔內(nèi)光子的平均壽命(pn jn shu mn)等于時間常數(shù)！第12頁/共21頁第十二頁，共22頁。tttntenndtttRt ,d , 0 d dd : R0因此它們的壽命為它們就不再腔內(nèi)時間后再經(jīng)過時間內(nèi)它們存在于腔內(nèi)個光子在這度為時間內(nèi)減少的光子數(shù)密在R0000 1 )(1 dtentndntnRtR：所有光子的平均壽命為光子(gungz)在腔內(nèi)的平均壽命第13頁/共21頁第十三頁，共22頁。iTLctcLiRRRR11 b. 1 . a素時：當(dāng)腔內(nèi)存在多種損耗因

8、壽命越長；越大，腔內(nèi)光子的平均越小，光在腔內(nèi)傳輸一次；間）（光子在腔內(nèi)的渡越時時，損耗最大，當(dāng)討論(toln)第14頁/共21頁第十四頁，共22頁。單位時間內(nèi)損耗的能量儲存在腔內(nèi)的總能量腔內(nèi)電磁場的振蕩頻率式中，值的定義：PPQ 2 Q無源腔的品質(zhì)因數(shù)Q值第15頁/共21頁第十五頁，共22頁。VhenVhtntPVnhnVRtR0dddd 為：單位時間內(nèi)光能的減少腔內(nèi)的總儲能為：，則，光子數(shù)密度為為設(shè)腔內(nèi)振蕩光束的體積cLVheVhenPQRRtt2 2 n22 RR00品質(zhì)因數(shù)：無源腔的品質(zhì)因數(shù)Q值第16頁/共21頁第十六頁，共22頁。iiQ.QQQ QQ1111 b. a. 21：當(dāng)腔內(nèi)存

9、在幾種損耗時腔內(nèi)光子壽命長。損耗低，值高，腔的儲能性好，腔的儲能及損耗特性。要的物理量，它表征是衡量腔質(zhì)量的一個重討論(toln)第17頁/共21頁第十七頁，共22頁。RteItI0( 已知腔內(nèi)的光強為無源腔的單模線寬 RteAtA20 光場的振幅為：描述的平方成比例，因此上式光的強度與光場振幅的由于tittieeetAtER20A)()( :而光場可以表示為第18頁/共21頁第十八頁，共22頁。QLcR221 c頻譜寬度，即有有限的式所示的衰減光場將具由傅里葉分析可知，上無源腔的單模線寬無源腔的單模線寬的物理意義：無源腔中一個本征模式的譜線寬度無源腔中每一個縱模的譜線寬度無源腔中一個光子態(tài)所占頻率(pnl)范圍無源腔的單模線寬第19頁/共21頁第十九頁，共22頁。iiicicLc2 b., a.：當(dāng)腔內(nèi)存在多種損耗時模式的譜線寬度越窄光子在腔內(nèi)的壽命越長無源腔的損耗越低討論(toln)Hz1006. 121 150 6RRcns時當(dāng)舉例(j l)第20頁/共21頁第二十頁，共22頁。感謝您的觀看(gunkn)！第21頁/共21頁第二十一頁，共22頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)光腔的損耗及其描述。光腔的損耗是指光在腔內(nèi)傳播時，由于各種物理因素造成的光強的衰減。非激活吸收、散射損耗（內(nèi)部損耗）：。衍射損耗：由于