光學諧振腔的傳輸特性*

王雅君 王俊萍 張文慧 李瑞鑫 田龍 鄭耀輝?

1) (山西大學光電研究所, 量子光學與光量子器件國家重點實驗室, 太原 030006)

2) (山西大學, 極端光學協同創新中心, 太原 030006)

(2021 年2 月1 日收到; 2021 年5 月11 日收到修改稿)

1 引 言

光學諧振腔作為現代光學應用中的一種重要光學器件, 可實現光學空間與頻率模式過濾、噪聲轉換、增強激光輻射、非線性相互作用和光譜吸收等物理過程[1-13], 在激光物理學、量子光學、激光光譜學、精密測量等研究領域有著廣泛的應用價值. 從幾何光學的角度來講, 關于光學諧振腔的基本特性, 如穩定性、幾何損耗、諧振腔模模式等的研究已經比較透徹, 作為一種重要器件已實現了激光選模、波長調諧、高靈敏傳感等應用. 然而, 關于光學諧振腔的基本功能特性, 如光學濾波、能量傳輸、噪聲轉換等特性的研究較少.

在實際應用中, 腔長、鏡面參數與內腔損耗決定了光學諧振腔的光學頻率帶寬—線寬[8], 因此,其透射場可作為光學低通濾波器, 抑制超出線寬范圍的光場高頻噪聲; 而反射場與透射場相位相差180°, 可作為高通濾波器, 抑制線寬內的光場低頻噪聲. 例如, 在激光陀螺儀應用中, 利用超窄線寬光學諧振腔, 結合超低熱膨脹系數材料可制作超穩腔, 利用其輸出場大幅壓窄激光線寬, 實現超穩窄線寬激光輸出[14-16]. 在引力波探測中, 利用光學諧振腔反射場的高通濾波特性可實現低頻強度噪聲的抑制[17-20]; 通過濾波腔反射場實現壓縮光噪聲方位角的……