陈海燕

(长江大学物理科学与技术学院,湖北荆州 434023)

由法国物理学家法布里和珀罗发明的法布里-珀罗 FP(Fabry-Pérot)标准具[1](或称干涉仪、FP腔)是光学谐振腔的原形,由相对两面互相平行,并涂有高反射率涂层的平板玻璃构成。它是一种光谱分辨率极高的多光束干涉仪,广泛应用于激光器、传感器及测量等领域。目前,教科书“激光原理与技术”中有关介绍FP腔的内容均讨论是连续波入射情形[2-4],在此情形下,FP腔的输出光谱具有等间距的特性,相邻谐振波长之间的距离称为自由谱宽。笔者研究了脉冲激光入射时单模光纤FP腔的透射特性[5]。本文的目的在于将笔者的研究成果引入谐振腔的教学中,以开拓学生视野。

1 理论分析

图1为法布里-珀罗腔的结构示意图。设腔内介质的折射率为n,反射镜介质的折射率为n1。可用薄膜干涉理论模型来分析FP腔的透射谱问题。设入射光电场振幅和强度分别为E0和I0(I0∝E20)。本文只讨论垂直入射情况,垂直入射的激光束在FP腔中往返一次后的相移是

式中,L为FP腔的长度,λ为入射光波波长,n为FP腔中介质的折射率(对空气介质有n=1),ω=2π c/λ,T=2nL/c 。

图1 FP腔的结构简图

当振幅为E0的光脉冲连续入射到FP腔中时,经一次往返后的输出光场为

在光波在腔中经P次往返后的复场强为

当光脉冲停止发射时,腔中剩余的光仍然在谐振腔内往返q次,经FP腔后总输出电场可表示为

FP腔的输出光场强度可表示为

输出 /输入光场强度之比为

当r=0.99与 0.97,n=1.5,L=1mm,λ=1550.337 nm时,入射激光脉冲为矩形脉冲时,FP腔的输出波形如图2所示。……