为何激光线宽如此窄：现代视角

我们回顾并解释了一种现代激光理论方法，即稳态 ab initio 激光理论 (SALT)，该方法以统一的方式将激光与放大处理为由非线性散射矩阵描述的非幺正散射问题。在该理论的半经典版本中，激光线宽为零，因为激光模式对应于由于散射矩阵在实轴上出现极点而导致特征值发散的 S 矩阵的特征向量的存在。在这种方法中，系统从一开始就是无限的，且不对腔模式和宇宙模式作区分；激光模式作为满足 Sommerfeld 辐射边界条件的解，同时存在于腔内和外部区域。我们讨论了如何通过在具有阻尼的有限盒中根据极限吸收原理进行极限过程来获得此类解。当电磁场和物质场被视为算符时，量子涨落进入相关关联函数，并通过将 SALT 推广以包含噪声 (N-SALT) 从而获得有限线宽。N-SALT 给出了线宽的解析公式，该公式比以往所有修正版的 Schawlow-Townes 公式更为普遍，并且可以简单地从半经典 SALT 模式的知识中计算得出。我们推导了该公式的一个更简化的版本，强调了噪声由增益介质极化的涨落主导，并受自发辐射速率控制。