共振腔（英語：resonant cavity），又稱諧振腔、光學(xué)共振腔，是由鏡面或其他光學(xué)元件排列而成的長度固定的腔體。共振腔是激光器的主要組成部分，腔中包含了增益介質(zhì)。光在腔體內(nèi)會(huì)發(fā)生多次反射，產(chǎn)生具有特定共振頻率的模式。光學(xué)共振腔是激光組成的三要素之一。魏因施泰因（Вайнштайн）在1962至1965年間建立了雙反射鏡開式共振腔的完整理論并且發(fā)展了一系列方法。1958年，迪克（Dicke）提出了開式的共振腔結(jié)構(gòu)。
共振腔的作用一方面是提供光學(xué)反饋能力以形成受激發(fā)射的持續(xù)振蕩，另一方面則是對振蕩光束的方向和頻率進(jìn)行限制，這種限制主要表現(xiàn)為對振蕩光子方向和頻率的限制，以保證輸出激光的高單色性和高定向性。共振腔的形式多樣，常見的有三種：第一種為平行平面腔，由兩個(gè)平行平面反射鏡組成，光學(xué)上稱為法布里博羅光共振腔（Fabry-Perotresonator），簡稱為F-P腔，多用于固態(tài)激光系統(tǒng)。第二種為雙凹腔，由兩個(gè)凹面反射鏡組成。第三種為平凹腔，由一個(gè)平面反射鏡和一個(gè)面反射鏡組成。設(shè)計(jì)共振腔時(shí)，需要考慮多個(gè)要素，如腔形、反射鏡的曲率、以及孔徑、腔的奧古斯丁·菲涅耳數(shù)N和Q值（品質(zhì)因子）等。
共振腔不僅在光學(xué)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，還在量子計(jì)算、非線性光學(xué)、光頻標(biāo)、聲學(xué)、納米技術(shù)等方面發(fā)揮著重要作用。例如，在量子計(jì)算中，微柱共振腔提高了單光子源的提取效率。多組分玻璃微腔諧振器具有高非線性系數(shù)、高稀土離子摻雜能力、較寬的紅外光譜范圍和較低的聲子能量等一系列優(yōu)點(diǎn)等。
定義
共振腔，又稱諧振腔或光學(xué)腔，由兩塊反射鏡組成。其中一塊反射鏡的光學(xué)反射率很高，接近100%，通常稱為全反射鏡，另外一塊的反射率根據(jù)需要選擇，稱為輸出反射鏡，激光工作物質(zhì)產(chǎn)生的激光從這塊反射鏡輸出到腔外面。
歷史
20世紀(jì)初，阿爾伯特·愛因斯坦（Einstein）提出了受激輻射的概念，并在20世紀(jì)50年代初首先在微波波段實(shí)現(xiàn)了受激輻射的微波信號(hào)放大。但是要推廣到光波波段存在著三大困難：首先，在共振腔內(nèi)保持單一的電磁波模式，腔體尺寸應(yīng)與波長同一量級，在微波波段容易實(shí)現(xiàn)，而在光波波段因波長太短而不易實(shí)現(xiàn)；其次，通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度，利用塞曼效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧，而在光波波段調(diào)諧范圍很小；最后，因?yàn)?a href="/hebeideji/656730884309649194.html">自發(fā)輻射躍遷概率正比于輻射頻率的立方，在光波波段自發(fā)輻射產(chǎn)生的噪聲遠(yuǎn)高于微波波段。
魏因施泰因（Вайнштайн）在1962至1965年間，在一系列關(guān)于開式共振腔的研究中，得到這種系統(tǒng)中振蕩特性的漸近公式，建立了雙反射鏡開式共振腔的完整理論并且發(fā)展了一系列方法：拋物線方程法、近似因子分解法、按連續(xù)譜的波進(jìn)行譜分解的方法，等等。研究了行波管的非線性理論（1956至1957）。
1958年，迪克（Dicke）提出了開式的共振腔結(jié)構(gòu)，這使得激光器的研究有了很大的進(jìn)展。這種共振腔內(nèi)高值的模式數(shù)減小到了幾個(gè)甚至一個(gè)，這就使得光學(xué)共振腔在很多場合有了極高的應(yīng)用價(jià)值。
工作原理
基本原理
當(dāng)激光器內(nèi)的工作物質(zhì)采用某種方式建立了能級粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，其發(fā)光性質(zhì)會(huì)發(fā)生重大變化。由于受激輻射的頻率、位相和偏振狀態(tài)都與誘發(fā)受激發(fā)射躍遷的光信號(hào)相同，因此，當(dāng)某一光信號(hào)，它可以是外界來的，也可以是工作物質(zhì)本身產(chǎn)生的自發(fā)輻射，通過工作物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生雪崩式的放大，只要工作物質(zhì)的能級粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)密度足夠大，或者工作物質(zhì)足夠長，就可以獲得很強(qiáng)的相干輻射。但是把激光工作物質(zhì)放置在共振腔外的效果并不理想，效率不高，激光器體積也大，而且光輻射的相干性和單色性也不會(huì)很好，比較好的辦法是把激光工作物質(zhì)放置在共振腔內(nèi)。共振腔起作用，工作物質(zhì)產(chǎn)生的受激輻射在腔內(nèi)不斷來回通過激光工作物質(zhì)，每通過一次，受激輻射的強(qiáng)度就增強(qiáng)一次，最后發(fā)生如同那種振蕩現(xiàn)象，稱為激光振蕩。
模式
從光的波動(dòng)觀點(diǎn)看，模式是電磁波動(dòng)的一種類型，實(shí)際上是共振腔內(nèi)可以容許存在的駐波；從光的粒子觀點(diǎn)看，模式代表可以相互區(qū)分的光子態(tài)。不管從哪種觀點(diǎn)看，每一種模式對應(yīng)一種電磁波頻率，如果腔內(nèi)可以容許存在模式數(shù)目眾多，激光器將發(fā)射許多不同頻率的光輻射，輸出的激光相干性將很差，單色性也不是很好。共振腔能夠在眾多的模式中，除其中一個(gè)或者少數(shù)幾個(gè)模式之外，抑制其余所有不需要的模式，使它們不能形成激光振蕩，能得到很好的單色性。
激勵(lì)與耦合
共振腔與外部（源或負(fù)載）發(fā)生能量耦合，這屬于共振腔的激勵(lì)和耦合的問題。將電磁能量耦合到共振腔或?qū)㈦姶拍芰繌墓舱袂获詈铣鰜淼难b置，稱為共振腔的耦合裝置。共振腔中的能量向外部負(fù)載以耦合的方式輸送出去，相反，外部的能量通過激勵(lì)方式送入共振腔內(nèi)，從本質(zhì)上講，耦合和激勵(lì)是同類問題，都可稱為耦合。耦合方式有以下幾種方式：
（1）電場耦合。利用探針或電容膜片進(jìn)行耦合，探針耦合應(yīng)是探針沿著電場方向位于電場的最大值處，這種耦合方式是通過電場使共振腔與外電路相耦合。
（2）磁場耦合。利用耦合環(huán)或電感膜片耦合，耦合環(huán)耦合應(yīng)是耦合環(huán)平面垂直于磁場方向位于磁場的最大值處，這種耦合方式是通過磁場使共振腔與外電路相耦合。
（3）電磁耦合。這種耦合通常是小孔耦合方式。它是通過腔壁上的小孔和相鄰的波導(dǎo)耦合。小孔所取位置，應(yīng)使腔中激勵(lì)的振蕩模式的場分量和波導(dǎo)中傳輸?shù)哪莻€(gè)波形場分量具有共同的方向，以便一個(gè)激勵(lì)另一個(gè)。
通常與共振腔相“外接”的傳輸線中導(dǎo)行波的模式是已知的，而共振腔內(nèi)希望激發(fā)的諧振模式也是已知的。因此，激勵(lì)與耦合的問題就成為如何選擇適當(dāng)?shù)募?lì)與耦合裝置以使其激勵(lì)和耦合出所要求的模式，應(yīng)盡可能消除不需要的模式。一般而言，傳輸線與共振腔之間的激勵(lì)與耦合是可逆過程，即若傳輸線中的（傳輸）模式按某種方法激勵(lì)起共振腔的（振蕩）模式，則腔內(nèi)的該（振蕩）模式可按同樣的方法在傳輸線中耦合輸出原（傳輸）模式。
特性
共振腔的特性包含幾何量參數(shù)、共振腔因子、奧古斯丁·菲涅耳數(shù)、耦合輸出、腔內(nèi)光子壽命、光學(xué)損耗、腔膜和等價(jià)性。
幾何量參數(shù)
共振腔腔型的和幾何量表征的參數(shù)共振腔腔型相關(guān)的物理量中，幾何量參數(shù)主要有共振腔的腔長，兩塊反射鏡的曲率半徑、孔徑，腔的菲涅耳數(shù)，值和能量損耗因子。它們對激光器輸出的激光光束方向性、激光光譜、腔內(nèi)的模半徑等起著重要作用。
共振腔g因子
共振腔腔長及反射鏡的曲率半徑表征的參數(shù)腔長及反射鏡的曲率半徑表征的參數(shù)主要是共振腔因子，它是評價(jià)共振腔穩(wěn)定性（腔的衍射損耗大?。┑闹匾獏?shù)。假定共振腔長為，兩塊反射鏡的曲率半徑分別為和，那么參數(shù)，。這兩個(gè)式中的反射鏡是凹面反射鏡，如果反射鏡是凸面的，則在曲率半徑前面的負(fù)號(hào)改為正號(hào)；以上是屬于空腔，即在共振腔內(nèi)沒有放置物質(zhì)的公式。假如激光工作物質(zhì)完全充滿共振腔，那么參數(shù)與空腔的一樣；如果工作物質(zhì)并不完全充滿共振腔，那么參數(shù)由下式計(jì)算：
。
。
式中，、分別是工作物質(zhì)兩端與反射鏡和的距離，為工作物質(zhì)的長度，為工作物質(zhì)的折射率。
共振腔的菲涅耳數(shù)N
菲涅耳數(shù)N是表征共振腔光學(xué)衍射損耗的重要參數(shù)之一，定義為
。
式中，分別是組成共振腔兩反射鏡的孔徑，為共振腔的腔長，是激光振蕩波長。構(gòu)成共振腔的鏡片尺寸愈大，間距愈小，則在其中振蕩的電磁波愈難逃逸出去，也就是共振腔的衍射損耗愈低。我們可以用菲涅耳數(shù)來表明共振腔的衍射損耗的大小，菲涅耳數(shù)俞大，衍射損耗俞小，其他形狀鏡面如圖所示。
兩個(gè)鏡面尺寸大小可以不相等，分別用代表第一鏡片孔徑，代表第二鏡片孔徑。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采取圓形鏡片，所以我們也只討論圓形鏡片的損耗。?
共振腔的耦合輸出
耦合輸出是指實(shí)施將共振腔內(nèi)的激光振蕩能量部分地引出腔外，有3種方法：
（1）透射耦合輸出共振腔一端的反射鏡有適當(dāng)透過率，激光振蕩的部分能量從這里輸出腔外。
（2）孔耦合輸出在共振腔一端反射鏡的中心開小孔，或在全反射鏡中央留一小區(qū)域不鍍反射膜，激光振蕩的能量從這小孔或從這不鍍膜的區(qū)域輸出腔外。高功率紅外氣體激光器和遠(yuǎn)紅外氣體激光器常用這種耦合方式。在反射鏡上開的小孔會(huì)擾動(dòng)腔內(nèi)激光振蕩，使光振幅的極大值朝反射鏡邊緣推移。除共振腔的奧古斯丁·菲涅耳數(shù)很小的情況之外，各階低次模的能量損耗趨于相同，即用這種耦合方法時(shí)共振腔的選模能力較弱。
（3）衍射耦合腔內(nèi)振蕩模的能量通過衍射效應(yīng)從共振腔一端的反射鏡邊緣輸出腔外。非穩(wěn)定腔通常用這種耦合方法。
共振腔內(nèi)光子壽命
共振腔內(nèi)光子壽命是表征典振腔內(nèi)光輻射能量損耗大小的參數(shù)，共振腔光子壽命長，表示光輻射能量在腔內(nèi)的損耗??；它也是表征共振腔的共振頻譜寬度的參數(shù)，光子壽命長的頻譜線寬度窄。光子壽命定義為腔內(nèi)光輻射能量從初始值衰減到其時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間：
。
式中，、為共振兩反射鏡的反射率，為腔內(nèi)工作物質(zhì)折射率，為典振腔的腔長，為腔內(nèi)平均光學(xué)損耗，為真空中光速。沿與共振腔軸線成角傳播的光波，其光子壽命，式中為共振腔孔徑。
共振腔光學(xué)損耗
光場在共振腔內(nèi)傳播過程中的能量損耗主要有反射鏡引起的損耗，包括反射鏡透射損耗和表面光學(xué)缺陷引起的散射損耗和吸收損耗；激光工作物質(zhì)引起的光學(xué)吸收、散射損耗；共振腔的孔徑衍射損耗，這部分損耗與共振腔結(jié)構(gòu)和振蕩模階數(shù)有關(guān)，如非穩(wěn)腔的衍射損耗比穩(wěn)定腔的大，高階模的衍射損耗比低階模的大。
共振腔的Q值也稱共振腔品質(zhì)因子，表征共振腔能量損耗，由下式定義：
。
也可以近似地表示為：
。
式中，是共振腔的長度，是共振腔內(nèi)的光學(xué)損耗系數(shù)。
共振腔模
不同階次的模，其光場振幅、位相、空間分布、傳播方向、偏振狀態(tài)和頻譜都不相同。一般用符號(hào)來標(biāo)記各種振蕩模，“TEM”是英“transverse electromagnetic mode”的縮寫，下角的代表縱模序數(shù)，其值很大（數(shù)量級為，這里的是共振腔腔長，是波長），書寫時(shí)常省略；下角、代表橫模序數(shù)。
（1）橫模，在與光波傳播方向垂直的截面上的穩(wěn)態(tài)光場分布，用符號(hào)標(biāo)記不同階的橫模，其中、同時(shí)為零的模，即稱為基模。按光電場分布的對稱性，橫模又可分為軸對稱橫模、旋轉(zhuǎn)對稱模，前者的光電場振幅以軸（或軸）對稱（笛卡兒坐標(biāo)）；旋轉(zhuǎn)對稱模是其光電場以中心軸旋轉(zhuǎn)對稱，繞該軸轉(zhuǎn)過一定角度之后光電場分布又重合，這種橫模用符號(hào)標(biāo)記（極坐標(biāo)）。
（2）縱模在共振腔內(nèi)光輻射沿縱向（傳播方向）的穩(wěn)定場分布。光波在共振腔中沿軸線方向來回傳播，即腔內(nèi)存在兩列沿相反方向傳播、頻率相同的光波。這兩列光波疊加形成駐波。在平行平面鏡組成的共振腔內(nèi)，只有當(dāng)光波波長入滿足條件（式中是正整數(shù)，為腔長）的受激輻射，形成的駐波場才是穩(wěn)定的，這些穩(wěn)定的駐波場便是共振腔的縱模。波長為的光波其縱模數(shù)目相應(yīng)于腔內(nèi)駐波場中波腹的個(gè)數(shù)：。光波波長很短，所以縱模數(shù)目很大。當(dāng)共振腔內(nèi)均勻充滿折射率為的介質(zhì)時(shí)，縱模數(shù)目。
共振腔的等價(jià)性
如果一個(gè)球面腔滿足穩(wěn)定腔的條件，則可以找到一個(gè)，且只有一個(gè)相應(yīng)的共焦腔與它有相同的振蕩模。所以，任何一個(gè)球面共振腔的模參數(shù)都可由它的等價(jià)共焦腔求得。同樣地，一個(gè)多鏡腔（如折疊腔）也可以等價(jià)于一個(gè)由兩塊反射鏡組成，使分析更簡捷。等價(jià)對稱共焦腔的兩反射鏡的曲率半徑R由下式求出：
。
式中，、分別是實(shí)際共振腔兩射鏡的曲率半徑，是腔長。
共振腔的本征模式
共振腔的本征模式是指共振腔中能夠存在（振蕩）的、不隨時(shí)間改變的、具有特定場振幅分布的電磁場，它由共振腔的結(jié)構(gòu)決定。當(dāng)共振腔的幾何參數(shù)（如腔長、反射球面的曲率半徑等）改變時(shí)，其本征模式場振幅分布也會(huì)發(fā)生改變。腔內(nèi)電磁場的空間分布可分解為沿腔軸線方向（光束傳播方向）的分布與垂直于傳播方向的橫截面內(nèi)的分布。其中，沿腔軸線方向的穩(wěn)定場分布稱為共振腔的縱模（存在于腔內(nèi)的每一種駐波光場，用模序數(shù)——沿腔軸線的光場節(jié)點(diǎn)數(shù)來表征），橫截面內(nèi)的場分布稱為共振腔的橫模（用模序數(shù)、——沿橫向坐標(biāo)方向的光場節(jié)線數(shù)來表征）。本征模式能夠在腔內(nèi)自再現(xiàn)其本身所特有的場分布。在激光技術(shù)中，經(jīng)常用縱模和橫模來表征光學(xué)共振腔中形成的輻射場的特性。
共振腔類型
依據(jù)形狀和結(jié)構(gòu)
平行共振腔
平行共振腔的特點(diǎn)是由兩塊平面反光鏡組成。平行平面腔在光學(xué)上稱為法布里-博羅光共振腔（ Fabry-Perot resonator），簡稱為F-P腔，多用于固體激光系統(tǒng)中。
由平行平面反射鏡組成的共振腔如圖所示，若長為，直徑為，則光線和平面反射鏡法線夾角為時(shí)，在腔內(nèi)行經(jīng)長度后，必將走出反射鏡所限的空間，所經(jīng)時(shí)間為，則有
。
工作原理
工作介質(zhì)雖然可以使光有所放大，但是如果這些氣體分子受激放大的光在方向上是混亂的，那么放大的效果就會(huì)很差，有了平行平面共振腔不但可以獲得更好的放大，而且還可以使分子或原子的輻射激發(fā)步調(diào)和方向一致，實(shí)現(xiàn)更有效的受激放大作用。
球面共振腔
球面共振腔的特點(diǎn)是特點(diǎn)由反射球面組成。當(dāng)球面共振腔的球心相互重合時(shí)，可用球面波代替平行平面中的平面波作為基本波型。球面波和平面波之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，將平行平面腔所有結(jié)果轉(zhuǎn)譯成球面腔的結(jié)果，且當(dāng)腔長度和腔體積相同時(shí)，波型數(shù)亦相同。當(dāng)工作物質(zhì)尺寸不夠大時(shí)，用球面和平面組成等價(jià)長度倍增的共振腔，通過球心的光束對應(yīng)于平行面時(shí)，垂直單射的光束為此時(shí)的主波型，如圖所示；當(dāng)這兩個(gè)球面的球心不重合，而是一個(gè)球面的球心處在另一面上時(shí)（二球面半徑需相等），這種共振腔稱為共焦共振腔。由圖所示的物像關(guān)系可見，大量波形具有與同心球面時(shí)的主波形相同衰減率。這是由于光束經(jīng)過一次反射仍然成像為其本身之故。
當(dāng)共振腔線度遠(yuǎn)大于波長，以致衍射損失不重要時(shí)，光束內(nèi)部各波型具有完全相同的衰減率。此時(shí)決定波形數(shù)的立體角不由決定，而直接是由決定，亦即波形數(shù)大大增加。這種共焦共振腔幾乎沒有幾何精度要求，在達(dá)到自振狀態(tài)后光束內(nèi)部的波形一經(jīng)產(chǎn)生，即可在腔內(nèi)無限地長久存在。平面反射面可以用全反射棱鏡代替，反射損耗可減少。
工作原理
橫流激光器通常有大的奧古斯丁·菲涅耳數(shù)，激活體積橫截面為矩形，當(dāng)采用穩(wěn)定腔時(shí)，一般得到的是多模激光輸出。這種穩(wěn)定共振腔，通常為球面共振腔。
回型穩(wěn)定球面共振腔
回型穩(wěn)定球面共振腔的特點(diǎn)是由多個(gè)球面鏡（或球面鏡和平面鏡混合）組成并能提供多邊形往返振蕩回路，這種共振腔一般稱為回形球面腔，這種共振腔在激光陀螺儀中具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義，此外，在諸如單向行波激光器和波型限制技術(shù)等方面，也有其特殊應(yīng)用價(jià)值。同普通的球面共振腔一樣，當(dāng)回形球面腔的組成幾何參數(shù)（鏡面曲率半徑、間距等）滿足一定的條件時(shí)，特定的細(xì)光束可在腔內(nèi)往返足夠多的次數(shù)而不會(huì)橫向偏折出腔外，此時(shí)，可稱回形腔處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。對于滿足穩(wěn)定工作條件的回形球面腔來說，其腔內(nèi)共振光束光斑尺寸（或所占據(jù)的空間范圍）的分布和發(fā)散角的大小，相對于腔的幾何參數(shù)的變化有其一定的規(guī)律性。一般情況下，可采用腔內(nèi)光束坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的矩陣?yán)碚搧碛懻摶匦吻蛎媲坏挠嘘P(guān)特性；在某些情況下，也可采用其他的方法來分析回形球面腔的有關(guān)特性。
其他形狀和結(jié)構(gòu)的共振腔
依據(jù)共振腔的穩(wěn)定性
根據(jù)穩(wěn)定條件，共振腔可以分為穩(wěn)定腔、不穩(wěn)定腔和介穩(wěn)腔，代表著腔內(nèi)光能橫向逸出損耗的不同。穩(wěn)定腔是指所有腔內(nèi)近軸光線的橫向逸出損耗均為零；不穩(wěn)定腔是指所有腔內(nèi)近軸光線的橫向逸出損耗均不為零；介穩(wěn)腔是指腔內(nèi)只有軸向光線的橫向逸出損耗為零，其它近軸光線的橫向逸出損耗均不為零。
為了直觀和方便，通常以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，畫出的雙曲線，稱為穩(wěn)定性圖，圖上任一點(diǎn)都代表著，給定的一種共振腔。由兩個(gè)坐標(biāo)軸（，）以及的兩條雙曲線所限定的陰影區(qū)域?qū)?yīng)著一般腔的穩(wěn)定工作區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，穩(wěn)定條件得到滿足。坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0）代表對稱共焦腔，陰影以外的區(qū)域?qū)?yīng)著不穩(wěn)定腔。圖中雙曲線和坐標(biāo)軸（除原點(diǎn)）是穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)的界線，對應(yīng)著介穩(wěn)腔，處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)。
依據(jù)共振腔的開放程度
根據(jù)共振腔的開放程度，激光器的共振腔分為閉腔、開腔和氣體波導(dǎo)腔，其中開腔（開放式光學(xué)共振腔）通常分為穩(wěn)定腔和非穩(wěn)定腔。穩(wěn)定腔的波形限制能力弱，激光束的發(fā)散角較大，但腔內(nèi)損耗小。非穩(wěn)定腔的波形限制能力強(qiáng)，模體積和衍射耦合輸出可控性強(qiáng)，激光束的發(fā)散角較小，但腔內(nèi)損耗較大。最簡單的腔型結(jié)構(gòu)是直腔，它比較容易形成穩(wěn)定腔，在通常情況下，多采用穩(wěn)定腔作為激光器的共振腔。穩(wěn)定腔包括共焦腔、共心腔和平凹腔等。在高增益的激光器中為了獲得較好的橫模激光輸出，常采用非穩(wěn)定腔作為激光器的共振腔。實(shí)用的非穩(wěn)定腔有雙凸腔和平凸腔兩類。
應(yīng)用
依據(jù)共振腔的特性，其在光學(xué)、聲學(xué)、量子計(jì)算和納米技術(shù)方面都有著不同的應(yīng)用，例如在聲學(xué)中，依靠共振腔的共振特性可以將聲能轉(zhuǎn)化成熱能，在光學(xué)上可以根據(jù)要求設(shè)計(jì)從而得到不同的非線性系數(shù)，紅外光譜范圍等同時(shí)能夠?qū)す獾木€寬。不僅如此，納米機(jī)械共振腔還可用來存儲(chǔ)量子信息和作為數(shù)據(jù)總線耦合多個(gè)量子比特。
光學(xué)
非線性光學(xué)
基于回音壁模式的多組分玻璃微腔諧振器結(jié)合了傳統(tǒng)石英光學(xué)微腔諧振器和多組分玻璃材料的優(yōu)勢，相較于材料為石英的傳統(tǒng)光學(xué)微腔諧振器，多組分玻璃微腔諧振器具有高非線性系數(shù)、高稀土離子摻雜能力、較寬的紅外光譜范圍和較低的聲子能量等一系列優(yōu)點(diǎn)，己廣泛應(yīng)用于非線性光學(xué)領(lǐng)域。
光頻標(biāo)
在被動(dòng)式光頻標(biāo)中，用于鐘激光穩(wěn)頻的超穩(wěn)共振腔具有由腔體布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的熱噪聲，由此限制了鐘激光的線寬，是被動(dòng)式光頻標(biāo)穩(wěn)定度提高的主要局限因素。主動(dòng)式光頻標(biāo)利用原子在壞腔中的受激輻射得到頻標(biāo)信號(hào)，因而對腔牽引效應(yīng)具有抑制作用，可以極大地降低共振腔布朗熱噪聲對頻標(biāo)穩(wěn)定度的影響。
聲學(xué)
穿孔共振腔又稱亥姆霍茲共振器，是一種典型的低頻消聲結(jié)構(gòu)，它由主管道上旁接的一個(gè)細(xì)管和一個(gè)封閉空腔組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。
共振腔消聲器是由一段開有若干小孔的管道和管外一個(gè)密閉的空腔所組成。小孔和空腔組成一個(gè)彈性振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)氣流的聲波頻率和共振腔振動(dòng)系統(tǒng)的同有頻率相同時(shí)，這個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)就發(fā)生共振，孔頸中具有一定質(zhì)量的空氣柱運(yùn)動(dòng)速度加快，摩擦阻力增大，大量聲能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉，從而達(dá)到消聲的目的。
量子計(jì)算
為了能夠真正用于可擴(kuò)展、實(shí)用化的量子信息技術(shù)，單光子源需要同時(shí)滿足三個(gè)核心性能指標(biāo)：高單光子性、高光子全同性和高提取效率。前兩項(xiàng)單光子性、全同性已在實(shí)驗(yàn)上通過脈沖共振熒光激發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步提高提取效率，需要將量子點(diǎn)單光子源耦合進(jìn)微腔中。為此制備了高品質(zhì)的量子點(diǎn)樣品與微柱共振腔，在脈沖共振激光激發(fā)下，實(shí)驗(yàn)上觀察到的單光子性為99.1％，光子全同性為98.5％，單光子提取效率為66％，這是首次量子點(diǎn)單光子源同時(shí)滿足三個(gè)核心指標(biāo)。這樣的單光子源可在將來應(yīng)用于大規(guī)模多光子干涉，推動(dòng)光學(xué)量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展。
納米技術(shù)
納米機(jī)械共振腔就是一種典型的納米電機(jī)系統(tǒng)。納米機(jī)械共振腔具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。基于納米機(jī)械共振腔的磁共振力顯微鏡可以用來探測單個(gè)電子的自旋。許多關(guān)于納米機(jī)械共振腔的量子態(tài)的制備及冷卻方案被提出。此外，納米機(jī)械共振腔被用來存儲(chǔ)量子信息和作為數(shù)據(jù)總線耦合多個(gè)量子比特。
參考資料 >
共振腔.術(shù)語在線.2024-03-19