精细度(Finesse)

2021-09-23 17:24:48 浏览:2780

定义

光学谐振腔中自由光谱范围与谐振频率的半高全宽(FWHM)线宽的比值。

光学谐振腔的精细度表明的是谐振腔的自由光谱范围与谐振频率的线宽(半高全宽)的比值。其由谐振腔的损耗完全的决定,与谐振腔的腔长没有关系。如果腔中的光在经历了一圈之后仍有比例为ρ的部分在腔中(或者说损耗的比例为1-ρ),此时腔的精细度为:

上式只在腔内损耗较小,即ρ较大(ρ>90%)的情况下成立,也就是精细度较大的情况下成立。

图 1 一个对称的谐振腔中的精细度随腔镜的反射率的变化曲线

精细度与腔的Q值密切相关。Q值为精细度与谐振频率的乘积与自由光谱范围的比值。

图 2 法布里-珀罗干涉仪中透射率随波长(频率)的变化曲线,其端镜反射率为80%。其精细度约为14。

图 3 法布里-珀罗干涉仪中透射率随波长(频率)的变化曲线,其端镜反射率为90%。其精细度约为29.8。

需要注意的是,由于高阶模的作用,观测到的谐振腔的共振带宽(如在改变谐振腔腔长的同时观测透过的单频光的强度,便可以计算得出其共振带宽)可能会大于其真实值。对于一个耦合完美的共焦腔,高阶模会退化。但是对于耦合不是很好的腔,高阶模则不会完全退化。因此在这种情况下,该腔所表现出来的精细度会下降。

高精细度的谐振腔对于光谱分析是很有用的,因为其既有很宽的自由光谱范围还有很窄的谐振频率线宽,从而允许在很宽的光谱范围内得到高分辨率。

通过使用介质超反射镜(dielectric supermirrors)或者某些回音壁型的微腔是可以得到高达106的精细度的。

基础光学

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