1、激光原理与技术激光原理与技术 原理部分原理部分第第 9讲讲光学谐振腔的稳定性光学谐振腔的稳定性高斯光束自再现变换与稳定球面腔由 ABCD法则有：要 为实数：光线稳定条件8.3非基模高斯光束的传输 M2因子的测量 按照 ISO/DIS 11146标准规定，测量 M2因子需要将实际光束通过一个固定位置、已知焦距的透镜进行聚焦，通过测量聚焦光束的束腰半径和远场发散角来计算 M2因子。8.3非基模高斯光束的传输 实际测量中要在聚焦光束的束腰位置附近、 2倍瑞利长度以外的远场位置附近进行多次测量光斑半径，以确定束腰半径和远场发散角。 光斑半径的 测量可以通过激光模式仪进行。8.3非基模高斯光束的传输 也
2、可以通过 M2因子自动测量仪器实现对激光光束质量的自动测量。第二 章知识小结 光线传输矩阵 光线方程 波动方程 高斯光束 高斯光束的传输变换、 ABCD法则 高斯光束的聚焦、准直、匹配 高斯光束的自再现变换9.0 光学谐振腔 光学谐振腔是激光器的重要组成部分，它的主要功能有两个：提供光学正反馈；对产生的激光模式进行控制； 研究光学谐振腔的主要理论包括：几何光学理论；波动光学理论；菲涅尔 -基尔霍夫衍射积分；9.1光学谐振腔的稳定性光学谐振腔的稳定性 光学谐振腔光学谐振腔 的稳定性条件的稳定性条件当光线在周期性透镜波导中传播而不溢出波导之外，称为稳定的透镜波导；当光线在周期性透镜波导中传播而不溢
3、出波导之外，称为稳定的透镜波导；一个一个 薄透镜可以等效为一个球面反射镜薄透镜可以等效为一个球面反射镜 ，因此周期性透镜波导可以等效于一，因此周期性透镜波导可以等效于一个共轴球面光学谐振腔，当光束在光腔中传播而不溢出，则光腔为稳定腔。个共轴球面光学谐振腔，当光束在光腔中传播而不溢出，则光腔为稳定腔。透镜波导的稳定性条件为：透镜波导的稳定性条件为：代入等效光学谐振腔的光线矩阵元素得到：代入等效光学谐振腔的光线矩阵元素得到：引入引入 g参数后可以将上式写为：参数后可以将上式写为：此式为共轴球面腔的此式为共轴球面腔的 稳定性条件稳定性条件反射镜的凹面向着腔内时，反射镜的凹面向着腔内时， R取正值，凸
4、面向着腔内时，取正值，凸面向着腔内时， R取负值取负值 。9.1.1光学谐振腔的构成与分类光学谐振腔的构成与分类 光学谐振腔的构成与分类光学谐振腔的构成与分类最早的谐振腔：最早的谐振腔： 平行平面平行平面 腔，在光学中两块平行平面镜构成了法布里腔，在光学中两块平行平面镜构成了法布里 -珀罗干珀罗干涉仪，因此这种腔也被称为涉仪，因此这种腔也被称为 F-P腔；腔； Maiman的第一台激光器采用的就是此腔；的第一台激光器采用的就是此腔；此后被大量采用的是此后被大量采用的是 共轴球面腔共轴球面腔 ，这些腔有共同的特点：，这些腔有共同的特点：侧面无光学边界；轴向尺寸远大于产生振荡的波长，一般也远大于横向尺寸 (反射镜尺寸 )；具有这样特点的腔被称为具有这样特点的腔被称为 开放式光学谐振腔开放式光学谐振腔 。除此以外，还有由两块以上的反射镜构成的除此以外，还有由两块以上的反射镜构成的 折叠腔与环形腔折叠腔与环形腔 ，以及由开腔内，以及由开腔内插入光学元件的复合腔；插入光学元件的复合腔；对于常用的共轴反射镜腔，当满足前面得到的稳定性条件对于常用的共轴反射镜腔，当满足前面得到的稳定性条件 时，时，称为稳定腔；称为稳定腔；当当 时，称为非稳腔；时，称为非稳腔；当当 时，称为临界腔；时，称为临界腔；光学谐振腔
