تشدیدکنندههای نوری و مُدهای کاواک
یک تشدیدکننده نوری نور را بین آینهها محصور میکند و از مُدهای طولی و عرضی گسسته پشتیبانی میکند که طیف و پرتو لیزر را شکل میدهند.
Definition
آرایشی از آینهها که نور را در امواج ایستاده یا چرخشی به دام میاندازد و از مجموعهای گسسته از مُدهای طولی و عرضی تشدیدی که با فرکانسها، پروفایلهای فضایی و تلفاتشان مشخص میشوند، پشتیبانی میکند.
Scope
این موضوع کاواکهای نوری را پوشش میدهد که بازخورد را در لیزرها فراهم میکنند و به عنوان فیلترهای طیفی عمل میکنند. این شامل تشدیدکنندههای فابری-پرو و کانفوکال، مُدهای طولی تعیین شده توسط شرط فاز رفت و برگشت و فاصله آنها، مُدهای عرضی و پروفایلهای گاوسی و هرمیت-گاوسی آنها، شرط پایداری برای کاواکهای دو آینهای، ضریب کیفیت و طول عمر فوتون، ظرافت (finesse) و محدوده طیفی آزاد، و رابطه بین تلفات تشدیدکننده و پهنای خط لیزر است. توضیح میدهد که چگونه کاواک فرکانسها و الگوهای فضایی را که نوسان میکنند، تعیین میکند.
Core questions
- چه فرکانسها و الگوهای فضایی میتوانند در یک کاواک معین تشدید شوند؟
- چه شرایطی یک تشدیدکننده دو آینهای را پایدار میکند؟
- چگونه ظرافت (finesse)، ضریب کیفیت و طول عمر فوتون یک تشدیدکننده را مشخص میکنند؟
- چگونه تشدیدکننده مُدهای طولی و عرضی لیزر را انتخاب میکند؟
Key concepts
- تشدیدکننده فابری-پرو
- مُدهای طولی
- مُدهای عرضی
- محدوده طیفی آزاد
- ظرافت (finesse)
- ضریب کیفیت
- شرط پایداری کاواک
- طول عمر فوتون
Key theories
- مُدهای طولی و شرط تشدید
- فقط طول موجهایی که مسیر نوری رفت و برگشت آنها یک عدد صحیح از طول موجها باشد، تشدید میشوند و شانهای از مُدهای طولی را ایجاد میکنند که فاصله آنها توسط طول کاواک تعیین میشود.
- مُدهای عرضی و پایداری کاواک
- میدان عرضی مُدهای گاوسی و هرمیت-یا لاگر-گاوسی مرتبه بالاتر را تشکیل میدهد؛ یک کاواک دو آینهای تنها زمانی از مُدهای محصور پایدار پشتیبانی میکند که انحنای آینهها و فاصله آنها شرط پایداری تشدیدکننده را برآورده کند.
Clinical relevance
طراحی تشدیدکننده، طول موج، پهنای خط و کیفیت پرتو لیزرهای پزشکی و تشخیصی را تعیین میکند، و کاواکهای نوری با ظرافت بالا به عنوان عناصر انتخابکننده فرکانس در حسگرهای طیفسنجی مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل تنفس و خون عمل میکنند.
History
تداخلسنج فابری-پرو در دهه 1890 به نمونه اولیه تشدیدکننده نوری تبدیل شد. هنگامی که شاولو و تاونز لیزر نوری را در سال 1958 پیشنهاد کردند، گام کلیدی فراتر از میزر، استفاده از چنین کاواک آینهای بازی برای فراهم کردن بازخورد و انتخاب مُدها در طول موجهای نوری بود.
Key figures
- Charles Fabry
- Alfred Perot
- Arthur L. Schawlow
Related topics
Seminal works
- siegman1986
- salehteich2019
Frequently asked questions
- چه چیزی فاصله بین مُدهای طولی یک لیزر را تعیین میکند؟
- فاصله فرکانسی برابر با سرعت نور تقسیم بر دو برابر طول کاواک نوری است، بنابراین کاواکهای بلندتر دارای مُدهایی با فاصله نزدیکتر هستند.
- چرا یک کاواک لیزر باید پایدار باشد؟
- در یک تشدیدکننده پایدار، یک پرتو بدون اینکه از آینهها خارج شود، به جلو و عقب منعکس میشود، بنابراین یک مُد محصور میتواند ایجاد شود؛ یک کاواک ناپایدار اجازه میدهد نور پس از چند گذر فرار کند، مگر اینکه این اتلاف عمداً برای طراحیهای با توان بالا مورد بهرهبرداری قرار گیرد.