Techniklexikon

Resonatorgüte

Laserphysik und -technik, Q-Faktor, Kreisgüte, Finesse, ein Mass für die Dämpfung einer Schwingung in einem Resonator. Die Resonatorgüte Q für eine Resonatormode ist definiert durch den Quotienten aus gespeicherter Energie und dem pro Schwingungsperiode auftretenden Energieverlust (Güte). Setzt man ohne weitere Energiezufuhr eine exponentielle zeitliche Abnahme der Energie W der Resonatormode voraus, , dann ergibt sich , wobei t als mittlere Aufenthaltszeit der Photonen im Resonator verstanden werden kann. Anschaulich ist somit eine hohe Resonatorgüte gleichzusetzen mit einer langen Verweildauer bzw. einem häufigen Umlaufen eines Photons, bevor es durch Absorption, Beugung o.ä. verloren geht. Aus der Güte eines Resonators erhält man auch seine Resonanzbreite .

Reale Resonatoren sind in ihrer Güte eingeschränkt durch notwendigerweise auftretende Energieverluste. Optische Resonatoren sind limitiert durch die endlichen Reflektivitäten der Spiegel, die Absorptions- und Streuungsverluste an den optischen Elementen und - im Fall offener Resonatoren - durch die unvermeidlichen Beugungsverluste auf Grund der endlichen Spiegelflächen. Hohlleiter und elektrische Schwingkreise werden meist durch den nichtverschwindenden Widerstand begrenzt; mit supraleitenden Materialien kann dieses Problem jedoch zum Teil gelöst werden. Typische Werte für Q liegen im Bereich von 10³-10⁶. Hohe Resonatorgüten mit Q ³ 10¹⁰ sind besonders für Laser mit geringen Kleinsignalverstärkungen, in der Spektroskopie und für Schwingungsdetektoren und Signalverstärker, u.a. in der Satellitenkommunikation, von Bedeutung (Ein-Atom-Maser).