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光学谐振腔
§3.1 光学谐振腔 的稳定条件
一、光学谐振腔的结构 最常用的是由两个球面镜（或平面镜） 最常用的是由两个球面镜（或平面镜） 构成的共轴球面光学谐振腔，简称共轴球 构成的共轴球面光学谐振腔，简称共轴球 这里， 面 腔。这里，平面镜看作是曲率半径为无 穷大的球面镜。 穷大的球面镜。常见的共轴球面腔有平行 平面腔、双凹面腔和平面凹面腔三种。 平面腔、双凹面腔和平面凹面腔三种。
(a )
(b)
Ⅳ： 第四类非对称稳定腔。 第四类非对称稳定腔。腔的结构特点是由 一块曲率半径R 一块曲率半径R＜L的凸面镜和一块曲率半 的凹面镜构成。在稳定性图中， 径R＞L的凹面镜构成。在稳定性图中，它 处于g 处于g1＞1，0＜g2＜1和g2＞1，0＜g1＜1的 区域。 区域。
这里还要指出的另一个问题是， 这里还要指出的另一个问题是，对于任何 一个具体的共轴球面腔（给定R 一个具体的共轴球面腔（给定R1、R2和L） ，在稳定性图上都有一个惟一的对应点， 在稳定性图上都有一个惟一的对应点， 但是在稳定性图上的任意一个点并不单值 地代表一个具体的共轴球面腔。 地代表一个具体的共轴球面腔。
非稳定腔： 非稳定腔：
L L 1 − 1 − >1 R1 R 2
或
L L 1 − 1 − < 0 R1 R1
L L 1 − 1 − =0 R1 R 2
L L 1 − 1 − =1 R1 R 2
L OA : L < R < ∞ ;OB : < R < L。 2
A、B、O三点：临界腔 三点： 平行平面腔。 A点：R1=R2→∞ ，平行平面腔。 共焦腔。 O点：R1=R2=R=L ，共焦腔。 =R=½ 共心腔。 B点：R1=R2=R=½ L ，共心腔。
Ⅱ： 第二类非对称稳定腔。 第二类非对称稳定腔。腔的结构特点是 R1≠R2 ，R1＞L和R2＞L。 Ⅲ： 第三类非对称稳定腔。 第三类非对称稳定腔。腔的结构特点是 R1≠R2 ，0＜R1＜L，和0＜R2＜L。
（a）
（b）
（c）
二、共轴球面腔的稳定条件 1. 傍轴光线的条件 傍轴光：在腔轴附近沿着轴向传播的光。 傍轴光：在腔轴附近沿着轴向传播的光。 条件： 条件： r2≈0，θ<<1 ， 2. 稳定腔：几何损耗低。 稳定腔：几何损耗低。 如果谐振腔能够保证沿着谐振腔轴向传播 的光（傍轴光线） 的光（傍轴光线）在腔内往返无限次而不 会从侧面逸出，称这类腔为稳定腔 稳定腔。 会从侧面逸出，称这类腔为稳定腔。 非稳定腔：几何损耗高。 非稳定腔：几何损耗高。 如果光在腔内往返有限次后就横向逸出腔外， 如果光在腔内往返有限次后就横向逸出腔外， 称这类腔为非稳定腔 非稳定腔。 称这类腔为非稳定腔。
临界腔： 临界腔：
或
三、共轴球面腔稳定性图 1.共轴球面腔稳定性图 共轴球面腔稳定性图 根据几何损耗的高低， 根据几何损耗的高低，常将共轴球面腔分 为三大类， 稳定腔、非稳定腔和临界腔。 为三大类，即稳定腔、非稳定腔和临界腔。 为了直观起见，常引入谐振腔参数 谐振腔参数g来讨论 为了直观起见，常引入谐振腔参数 来讨论 其稳定性。 其稳定性。
作业： 作业：
思考题： 思考题： P57 8、11 、 习 题： P56 1、2、3、4、5 、 、 、 、 预 习： P42---P43 §3.2 光学谐振腔的模式
再
见
L L g1 = 1 − ,g 2 = 1 − R1 R2
稳定性图
g2
3 2 1 -3 -2 -1 Ⅲ Ⅰ Ⅲ ⅡⅠ
O
Ⅳ
A
Ⅱ稳定腔的分类： 2.共轴球面稳定腔的分类： 共轴球面稳定腔的分类 Ⅰ： 第一类稳定腔，即对称腔。 第一类稳定腔，即对称腔。腔的结构特点 是两块球面反射镜子的曲率半径相等， 是两块球面反射镜子的曲率半径相等，即 =R。 R1=R2=R。
3.共轴球面腔的稳定条件 共轴球面腔的稳定条件
L L 0 < (1 − )(1 − ) <1 R1 R2
当凹面镜向着腔内时， 当凹面镜向着腔内时，R取正值，而当 正值， 凸面镜向着腔内时， 负值。 凸面镜向着腔内时，R取负值。傍轴光 线在腔内往返无限次不会横向逸出腔 外，或者说在该腔内传输的傍轴光的 几何损耗为零。 几何损耗为零。