江蘇雷射聯盟導讀：
英國薩裡大學的研究人員和德國卡爾斯魯厄理工學院、德國弗勞恩霍夫IOSB的同事合作，在最近的《量子電子學》雜誌上發表的一項全面研究中，對圍繞雷射原理和雷射光譜的60多年的正統觀念提出質疑——光譜線寬是控制和測量光波長的基礎。
量子光學早期的一項重大成就是證明了雷射的線寬，或者更一般地說，雷射的光譜相干特性是基於自發輻射引起振幅和相位波動的量子光學原理。因此，得出的結論是，只能以完整的量子力學方法得出雷射線寬。
雷射譜線寬（laser spectral linewidth），指一個雷射束的譜線寬。雷射發射的兩個最獨特的特徵是空間相干性和光譜相干性。雖然空間相干性與雷射器的光束髮散有關，但光譜相干性是通過測量雷射輻射的線寬來評估的。
1899年發明的Fabry-Pérot諧振器被證明非常適合作為無數光譜應用中的高精度幹涉儀。自1960年以來，它還形成了一大類開放式諧振腔的基礎，使雷射振蕩成為可能。
研究人員首先用自洽的方法證明了基本雷射線寬是基於半經典原理的，即增益延長了光子衰減時間並使發射光的線寬變窄，並且原始的Schawlow-Townes線寬是基本雷射線寬的近四倍。這個研究很有必要性，因為文獻中經常出現混淆，原因是定義不準確、對參數精確含義的誤解或參數的不合理使用，尤其是關於諧振器、模式、雷射和光譜相干特性。因此，研究人員定義了參考情況，即具有透明有源介質的無源Fabry-Pérot諧振器，該諧振器表現出離散的外耦合損耗和連續傳播損耗。然後得出該無源Fabry-Pérot諧振器內部單個縱向模式的光譜相干特性，並在之後將與這種參考情況進行比較，以具有吸收、放大或激射活性介質的Fabry-Pérot型諧振器內部的單個縱向模式為例。隨後通過利用麥克斯韋方程和能量守恆定律，研究Fabry-Pérot諧振腔中的受激輻射，分析洛倫茲振子模型，將Kramers-Kronig關係應用於復磁化率，理解量子化電場的總和，並定量解釋振幅-相位圖中的發射和吸收，我們導出了受激和自發輻射相位方面的一致的半經典圖像。這兩個過程都是在90°相位超前的入射場中發生的。
Fabry-Pérot諧振器具有電場鏡反射率r1和r2
對Fabry-Pérot諧振腔內原子發射的研究、洛倫茲振蕩器模型、Kramers-Kronig關係以及振幅-相位圖和量子化電場的總和一致表明，受激和自發的光發射是在入射場的相位超前90°時發生的。這些發現對量子光學圖像提出了質疑，量子光學圖像首先提出受激發射同相發生，而自發輻射相對於入射場以任意相位角發生，其次，雷射線寬是由自發輻射引起的振幅和相位波動引起的。
本文來源：DOI:10.1016/j . pquantelec . 2020.100255