2022-2023学年高二物理竞赛课件：光学谐振腔(optical cavity)

光学谐振腔(optical cavity) 光学谐振腔(optical cavity) ——一对平行的反射镜，镜面与激活介质的轴线垂直。 激活介质 全反射镜 部分反射镜 激励能源 激光输出 2 He-Ne激光器： 碰撞 632.8nm Note: 这里“三能级”和“四能级”指激光运转中涉及到的能级个数，并非指激活介质的所有能级数。 He Ne E3 E1 E2 E4 E2 E3 E4 电激发 3 ⑴提高激光的方向性 沿轴向传播的光，可在腔内来回反射，不断放大，而沿其它方向传播的光很快逸出。 ⑵提高激光的单色性 光在腔内来回反射，产生多光束干涉，结果，只有其半波长的整数倍等于腔长的光才会在腔内存在。 作用： 4 Notes: ①谐振腔的阈值条件(threshold condition) ——增益大于损耗 即光在腔内来回一次所得到的放大(称为增益)，超过同一过程中光的损耗(介质和反射镜对光的吸收、散射等) 。 ②若在谐振腔内加上一对布儒斯特窗，可得到偏振性极好的线偏振光。 5 e.g. 外腔式He-Ne激光器 粒子数反转＋谐振腔  激光 电 源 He, Ne 布儒斯特窗 100%反射 99%反射 1%透射 激励能源＋激活介质  粒子数反转 综上： 6 7 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 8 电子波矢k和简约波矢 的关系 ——　周期性势场的起伏只使得不同能带相同简约波矢 的状态之间的相互影响 —— 对于一般的 （远离布里渊边界）这些状态间的能量相差较大，在近自由电子近似的微扰计算中，采用非简并微扰 简约波矢 及其 附近，存在两个能量相同或能量相近的态，需要简并微扰理论来计算 结果表明在 和 不同能带之间出现带隙— 禁带  用简约波矢来表示零级波函数 零级波函数 将 代入得到 —— 与用简约波矢表示能带一样，必须指明波函数属于 哪一个能带 $