激光模式该如何理解?

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2025-02-25 16:39:42
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回答1:

首先说纵模。

我们知道,受激辐射也不是绝对的单一波长,而是有一个很窄的频宽的(虽然电子的能级是一个定值,但因为热运动等各种原因,能级会展宽)。

当激光器工作物质被激发,发出受激辐射光的时候,在这个频宽范围内的各种波长的光子都有,其数量是以中心频率为对称轴的正态分布。这些所有波长的光子都试图在谐振腔中得到谐振从而成为优势波长。

如果谐振腔足够短,它仅仅是这所有波长中某一特定波长的整数倍,那么就只有这一特定波长的光子得以谐振成为优势波长,激光器会输出真正的单色光,这就是单纵模。

但实际的谐振腔通常都比较长,在受激辐射的波长范围内,它可能同时是好几个波长的整数倍,因此会有好几种波长都得到谐振,这样的激光器就会输出好几种波长的光(由于受激辐射带宽本身很窄,所以这几个波长也非常接近),这就是多纵模。

总的来说,纵模越多,单色性、相干性越差。谐振腔越短,纵模越少,因此在要求高单色性的时候,应尽量减小谐振腔长度。

其次说横模

如果激光器的谐振腔两反射面及工作物质端面都是理想平面,就不会有除了基模以外的其它横模输出。这种情况下只有一个以工作物质直径为直径的基模输出。因为此时只有基模状态下的光才能形成多次反射谐振的条件。

但是事实上反射面和端面都不可能是理想平面,尤其是在固体激光器中,工作物质受热发生凸透镜效应,导致腔内经过工作物质、与基模方向略有差异的某些光也可能符合多次反射的谐振条件,于是激光器会输出几个方向各不相同的光束。(这个方向差异通常非常小)

多横模损害了激光器输出的良好方向性,对聚焦非常不利,因此在需要完美聚焦的情况下,应当尽量减少横模。

减少横模的主要途径有:1、改善谐振腔反射镜与工作物质端面所形成的光路的等效平面性,如果产生了凸透镜效应则要想办法补偿;2、减小谐振腔和工作物质直径。