共振腔

光学谐振腔

共振腔，又称谐振腔、光学谐振腔，是指特定波长的波在长度固定的腔体内共振。在共振腔内的共振现象拥有较好的振幅。因为腔体的两端是共振的节点，所以波共振时，腔体长度必须为半波长的整数倍。种类有环形共振腔、波动维电磁波的光学共振腔、微波共振腔……等等。

光学共振腔是激光组成的三元素之一，可以依照反射面的存在与否分为开腔与闭腔两种。共振腔的作用主要是用来让增益介质实现了布居数反转后，可以做为光放大器（Gain amplifier），透过共振腔可收集放大后之讯号，形成一震荡器（oscillator）。

激光共振腔的种类主要分为三大类，第一种为平行平面腔由两个平行平面反射镜组成，光学上称为法布里-博罗光共振腔（Fabry–Perot resonator），简称为F - P腔，多用于固态激光系统。第二种为双凹腔由两个凹面反射镜组成，其中一种个特殊而常用的形式是共焦腔（confocal），由两个曲率半径相同的凹面反射镜组成，且两镜间距离等于曲率半径，两镜面与焦点重合，共焦腔衍射损耗小，调整容易。第三种为平凹腔由一个平面反射镜和一个凹面反射镜组成，其中一种特殊而常用的形式是半共焦腔，相当于共焦腔的一半。

而共振腔的稳定性条件是要获得激光系统的稳定输出，需使离轴光线能在腔内往返任意多次而不会跑出腔外，此为共振腔达到稳定性条件。常用g参数来描述激光共振腔的性质。共振腔的g参数定义为（以两面镜子构成的共振腔为例）：

$g_{1}=1-{\frac {L}{r_{1}}}$, $g_{2}=1-{\frac {L}{r_{2}}}$。

其中$L$为谐振腔长度，即两面镜子的光心间距；${r_{1}},{r_{2}}$分别为两面镜子的曲率半径。

所以共振腔的稳定性条件为两者系数相乘要大于等于零且小于等于一。即：

${0}\leq {g_{1}g_{2}}\leq {1}$。

共振腔也可与二极管激光形成外腔式激光二极管（External-cavity diode laser, ECDL)，有三大功能像是借由光回馈来改变激光的输出线宽特性并可选择光回馈量导致线宽变窄甚至可产生可调且稳定的外腔二极管激光。而外腔的形成方法可由光栅、光纤光栅、微球来形成。

外部链接

• Koechner, William. Solid-state laser engineering, 2nd ed. Springer Verlag (1988).
• An excellent two-part review of the history of optical cavities:
  • Siegman, Anthony E. Laser beams and resonators: the 1960s (PDF). IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2000, 6 (6): 1380–1388 [2006-08-01]. doi:10.1109/2944.902192. （原始内容存档 (PDF)于2007-01-07）. 
  • Siegman, Anthony E. Laser beams and resonators: Beyond the 1960s (PDF). IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2000, 6 (6): 1389–1399 [2006-08-01]. doi:10.1109/2944.902193. （原始内容存档 (PDF)于2007-01-07）.