王雅君 王俊萍 张文慧 李瑞鑫 田龙 郑耀辉†

1) (山西大学光电研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006)

2) (山西大学, 极端光学协同创新中心, 太原 030006)

(2021 年2 月1 日收到; 2021 年5 月11 日收到修改稿)

1 引 言

光学谐振腔作为现代光学应用中的一种重要光学器件, 可实现光学空间与频率模式过滤、噪声转换、增强激光辐射、非线性相互作用和光谱吸收等物理过程[1-13], 在激光物理学、量子光学、激光光谱学、精密测量等研究领域有着广泛的应用价值. 从几何光学的角度来讲, 关于光学谐振腔的基本特性, 如稳定性、几何损耗、谐振腔模模式等的研究已经比较透彻, 作为一种重要器件已实现了激光选模、波长调谐、高灵敏传感等应用. 然而, 关于光学谐振腔的基本功能特性, 如光学滤波、能量传输、噪声转换等特性的研究较少.

在实际应用中, 腔长、镜面参数与内腔损耗决定了光学谐振腔的光学频率带宽—线宽[8], 因此,其透射场可作为光学低通滤波器, 抑制超出线宽范围的光场高频噪声; 而反射场与透射场相位相差180°, 可作为高通滤波器, 抑制线宽内的光场低频噪声. 例如, 在激光陀螺仪应用中, 利用超窄线宽光学谐振腔, 结合超低热膨胀系数材料可制作超稳腔, 利用其输出场大幅压窄激光线宽, 实现超稳窄线宽激光输出[14-16]. 在引力波探测中, 利用光学谐振腔反射场的高通滤波特性可实现低频强度噪声的抑制[17-20]; 通过滤波腔反射场实现压缩光噪声方位角的……