光空洞とは何ですか?

光学の分野では、光空洞（共振空洞または光共振器とも呼ばれる）とは、特定の空間内に光波を閉じ込める反射要素の配置を指します。これらの要素には、鏡、レンズ、または導波管やマイクロリングなどの特別に設計された構造があります。光は反射要素間を往復することで空洞と相互作用し、その動作に影響を与える独自の特性を示します。

光キャビティの主要な側面を以下に説明します。

関数：

• 光キャビティの主な機能は、特定の波長の光を捕捉して増幅することです。これは共鳴と呼ばれる現象によって発生し、複数回の反射の後に建設的に干渉する特定の波長のみがキャビティ内に残ります。

• これらの共振波長は、キャビティの形状（反射要素の形状、サイズ、間隔）とキャビティ内の材料の屈折率によって決まります。

用途:

光共振器は、以下を含むさまざまな光学技術で広く使用されています。

• レーザー:キャビティはレーザー光のフィードバックを提供し、増幅とコヒーレントビームの生成につながります。

• 光学フィルター:特定の共振波長を選択することで、キャビティを使用してさまざまな用途の狭帯域フィルターを作成できます。

• 光センサー:空洞の共振動作の変化を利用して、圧力、温度、その他のパラメータの変化を検出できます。

• 光通信:キャビティを使用すると、光と物質の相互作用を強化して、より効率的な信号処理と通信を実現できます。

光空洞の種類:

光空洞にはさまざまな種類があり、それぞれ独自の設計と特性を持っています。

• ファブリ・ペロー共振器: 2 つの平行ミラーを備えたクラシックな設計で、高い精度と狭帯域フィルタリングを実現します。

• ウィスパリングギャラリーキャビティ:効率的な光の閉じ込めと低閾値のレーザー発振のために円形またはリング状の構造を利用します。

• 統合型光共振器:導波管またはマイクロリングを使用してチップ上に製造された小型の共振器で、他の光学部品との統合を可能にします。

光への影響:

• 共振周波数:キャビティは、その中で共振する特定の波長を決定し、透過または放射される光のスペクトルを形成します。

• 強度増強:共振モードを増幅することにより、空洞は特定の波長の強度を高めることができます。

• 空間モード制御:キャビティの形状は、その内部の光の空間分布に影響を与え、ビーム プロファイルを制御します。

重要な考慮事項:

• 設計:共振波長、帯域幅、および全体的な機能に関して望ましいパフォーマンスを達成するには、キャビティの形状と材料特性を最適化することが重要です。

• 損失:吸収、散乱、不完全な反射率により光が失われ、キャビティのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

• 感度:キャビティは環境の変化や位置ずれに敏感であるため、安定した動作のためには慎重な制御が必要です。