10.1.2　光学谐振腔与共振模

10.1.2　光学谐振腔与共振模

利用平行平面板多光束干涉性质而制成的光谱仪，称为法布里-泊罗干涉仪（Fabry-Perot interferometer），简称F-P腔。这一光腔主要由两块反射率为R的平面玻璃板M1和M2平行放置组成，玻璃板内表面镀有部分透射膜，腔内充满折射率为n的介质，平面玻璃板之间的腔长Lcav可调，如图10.3所示。F-P腔采用多层镀膜等手段提高腔镜的反射率，达到很大的精细度，因而条纹清晰度非常高，具有很高的分辨率。光从腔的一端垂直入射进腔内（θ=0），沿轴向的光在平面镜之间往复传播、多次反射。此时，φ为往返一次产生的相位变化：

当φ=2mπ（m是整数）时，透射率等于1，此时腔是共振的。显然，Lcav=mλ/2n，即当腔长Lcav等于半波长的整数倍时满足共振条件，在腔内形成驻波。

图10.3　F-P腔示意图

对于确定腔长的平面腔，相位差与光的频率为正比关系：

因此，透射率的峰值对应着共振频率，即腔的共振条件自然会引出共振模的概念：在腔中，满足共振条件被腔所选择的模式称为共振模。这些模式的光在腔中沿轴向往复反射，发生相长干涉的振幅要远远大于非共振模。共振模的强度是输入光强的4/(1－R)倍,而非共振模的光强压缩为输入光强的1－R。因此，谐振腔的共振模性质对激光的辐射谱起着决定性作用。(https://www.daowen.com)

共振模的角频率可由共振条件求出：

显然，共振模频率可以通过改变Lcav或n来调制。由于模频率正比于相位，可以得到共振模谱宽Δω和腔参数之间的关系：

从而得到

这说明精细度越高，腔的共振模透射峰越尖锐。