定义
谐振器模式阻尼的量度。
谐振器的Q因数（品质因数）是衡量其振荡阻尼强度或相对线宽的量度。 该术语最初是为电子电路（例如LC电路）和微波腔（也用于机械谐振器）而开发的，但后来在光学谐振器的上下文中也变得常见。
谐振器的Q因数实际上有两种不同的常见定义：
- 通过储能定义：Q因子是每个振荡周期存储能量与耗散能量之比的 2π倍，或相当于存储的能量与每振荡弧度耗散的能量之比。 对于微波或光学谐振器，一个振荡周期被理解为对应于场振荡周期，而不是往返周期（可能更长）。
- 通过谐振带宽定义：Q因子是谐振频率的比值ν0以及半峰 （FWHM） 带宽处的全宽δ谐振的 ν：
这两个定义仅在弱阻尼振荡的极限（即高Q值）下是等效的。 该术语主要用于该制度。
光学谐振器的Q因子
谐振器的Q因数取决于光频率 ν0、每次往返的小数功率损耗l和往返时间T室温:
（假设l ≪1）。
对于由两个反射镜组成的谐振器，中间有空气（或真空），Q因子随着谐振器长度的增加而上升，因为这减少了每个光周期的能量损失。 然而，极高的Q值（见下文）通常不是通过使用很长的谐振器来实现的，而是通过大幅降低每次往返的损耗来实现的。 例如，通过微小透明球体的耳语画廊模式可以实现非常高的Q值（见下文）。
重要关系
谐振器的Q因子与其他各种量有关：
- Q因子等于存储能量的指数衰减时间乘以光学频率的2π倍。
- Q因子等于存储能量衰减到其初始值的 1/e （≈ 37%） 所需的振荡周期数的 2π倍。
- 光学谐振器的Q因数等于光学频率除以自由光谱范围的精细度乘以。
固有和负载 Q 因数
光谐振器的Q因数受到光损耗的限制，其中一部分可能是由于与外部世界的有用耦合造成的，例如，通过用于注入光和探测共振的输出耦合镜。 可以将固有Q因子定义为没有上述耦合时产生的值；这高于通过耦合获得的负载Q因子。 反向加载Q因子是逆内在Q因子的总和，此外是由于耦合。
对于某种光学谐振器，耦合可以很容易地去除 - 例如，如果它发生在间隙上的受挫全内反射，该间隙可以任意增加宽度。 例如，一些耳语画廊模式的微盘就是这种情况。
高Q值谐振器
实现非常高的Q值的一种可能性是使用具有极低损耗的超级反射镜，适用于10量级的超高Q因子11. 此外，还有尺寸为 100 μm 量级的环形二氧化硅微腔，Q系数远高于 108，以及具有耳语廊谐振器模式的二氧化硅微球，其Q因子约为1010.
高Q值光谐振器在基础研究（例如量子光学）和电信（例如作为分离WDM通道的光学滤波器）中具有各种应用。 此外，高 Q参考腔还用于频率计量，例如用于光学频率标准。 然后，Q因子会影响激光的光学频率稳定到腔共振的精度。
振荡器的Q因子
有时，术语Q因子适用于激光器和其他类型的振荡器，而不是谐振器。 这需要额外的仔细思考，部分原因是Q因子可以用不同的方式定义：
- 考虑到激光谐振器的往返功率损耗，还有激光增益，在连续波操作中，激光增益只是补偿损耗。 考虑到该增益，将得到有效的零往返损耗，并且存在无限大的Q因子。 为了避免这个问题，可以采用“冷”谐振器的Q因子，即没有激光增益。 许多激光谐振器的Q因数相当低；例如，大多数半导体激光管就是这种情况。 但是，该参数不是很相关。
- 人们还根据发射线宽进行定义，以获得Q因子作为平均光频率与带宽的比值。 例如，对于激光振荡器计算的该值可能远远高于激光谐振器的冷腔值。 同样，光学频率标准可以在非常小的线宽下工作，远低于所用光跃迁的自然线宽。
通常，建议仅将术语Q因子用于（无源）谐振器，而不用于振荡器。
Q开关
虽然术语Q因数对于激光谐振器来说不是特别常见，但它导致了术语Q开关，一种脉冲产生方法。 当激光谐振器的Q因数（仅基于其谐振器损耗）突然增加时，会产生强烈的激光脉冲（巨脉冲）。 然而，脉冲生成过程中Q因子的大小与获得的脉冲特性并不特别相关；没有必要最大化该价值。
参考文献
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