微共振腔染料雷射之研究

Abstract

本論文利用原子–場系統的時變微擾理論來說明共振腔量子電動力學的觀念。該系統 之愛因期坦自發發射係數不再是常數，而是與共振膜密度、模間距，以及原子 (或分 子) 在自由空間之譜線函數有關。根據這個觀念，雷射系統應該視為原子和其躍遷產 生之共振模與自由空間模光子之集合體。計算機模擬的結果顯示，自發發射速度越大 者，其激升臨界值越低。暫態響應也越佳；在一個封閉的雷射腔中，激升臨界甚至完 全消失。我們建立了一個微米大小的染料微滴雷射來觀察其穩態與暫態性質，結果與 理論的預測極為吻合。 本論文之內容安排如下： 第一章為緒論，簡述共振腔量子電動力學與微粒子光學性質之研究歷史。 第二章中，我們以時變微擾理論來分析共振腔內的自發發射速率加強因數。然後以形 依共振的觀念來說明一個球狀微粒內的共振模分佈。最後，我們以計算機數值分析來 模擬在一個微共振腔雷射系統中，自發發射速率的改變對於系統的穩態及暫態響應的 影響。 第三章中，我們設計一套微共振腔染料雷射系統，分別研究此種雷射在連續波(CW)激 升及脈衝激升下的特性。 第四章中，我們將實驗結果與計算機模擬作比較，並討論了實驗與理論之間的配合程 度。 第五章中為結論。我們歸納了本研究中所得到的主要結果，並且對未來可從事的研究 方向作了一些建議。