光学谐振七腔的损耗

光学谐振腔的损耗光腔的损耗及其描述光腔的损耗是指光在腔内传播时，由于各种物理因素造成的光强的衰减。非激活吸收、散射损耗（内部损耗）：工作物质对光有吸收引起的损耗;固体内有杂质造成散射引起的能量损耗。损耗的种类镜面损耗：几何损耗：光线在腔内往返几次，可能逸出腔外，这种损耗称为几何损耗。衍射损耗：由于腔的反射口径有限，光在其上会发生衍射，造成一部分能量损失，称为衍射损耗。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。损耗的描述用平均单程损耗因子来定量描述0100101022IIIIIIII－＝－＝损耗为：则光在腔内往返一次的，后，光强衰减为，在无源腔中往返一次L’10II平均单程损耗因子的定义：光在腔内单程渡越时光强的平均衰减百分数10201ln21IIδeII的指数定义形式δδ)(IeIIIIIδδ2121212210200010时：当21δδδδii时，总损耗为当损耗由多种因素引起损耗的描述单程损耗指数因子单程损耗的计算1、谐振腔失调时的几何损耗LDmDLmDmLDmLLLmD22)]12(...31[2)12(2...622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DLmmm2211单程损耗为往返一次的损耗为：次光逸出腔外往返4.0rad102L2D1%,,1mL1cm,D6-2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单程损耗的计算qLqL2、衍射损耗2222)()(,,,222222222211daLaaLaaLLaLLaLaaLqqqqqqqq＋ＷＷＷ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单程损耗的计算。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1161.0aL1.22,22d2LλaNNLλaaq带的数目。菲涅耳一个镜面上可以划分的从一个镜面中心看到另半波菲涅尔数的定义：单程损耗的计算3、透射损耗212021010ln21rreIrrIIIrr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，，TTrrrrr2121ln211r121单程损耗的计算zeIzIdzIdII'IdIdz0:,,：定义衰减量为的介质光通过长设由于吸收吸收系数吸收损耗leIIlαl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单程损耗的计算222001L'δL'δLIIIIdzdIL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光子在腔内的平均寿命dtL'δcIdIL'δcIdtdIdtcdz得代入上式将RttLceIeItI0'0)(解方程得cLR'式中，——腔的时间常数（腔寿命）？？enncLttnentnhtntItntRRtR000)('0)(c)()(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，设光子在腔内的平均寿命证明：腔内光子的平均寿命等于时间常数！tttntenndtttRt,,d,~0ddd:~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R00001)(1dteτntndntnRtR：所有光子的平均寿命为光子在腔内的平均寿命iTLctcLiRRRR11b.1.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：PPQ2Q无源腔的品质因数——Q值VheτnVhtntPVnhnVRtR0dddd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cLVheVhenPQRRtt'22n22RR00品质因数：无源腔的品质因数——Q值iiQ...QQQQQ1111b.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RteItI0(已知腔内的光强为无源腔的单模线宽RτteAtA20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tittieeetAtER20A)()(:而光场可以表示为QLcR'221c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：无源腔中一个本征模式的谱线宽度无源腔中每一个纵模的谱线宽度无源腔中一个光子态所占频率范围无源腔的单模线宽iiicicπL'cδΔνΔν2b.,,a.：当腔内存在多种损耗时模式的谱线宽度越窄光子在腔内的寿命越长无源腔的损耗越低讨论Hz1006.1211506RRcns时当举例