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两种激光模式介绍

文章来源：睐芯科技LightSense

原文作者：LIG

本文介绍了激光模式Laser Modes。

激光束的输出实际上由在宽频率范围内的许多不同频率的紧密间隔的光谱线组成。离散光谱分量称为激光模式laser modes，覆盖范围是负责激光输出的原子跃迁的线宽。

激光模式分为纵模Axial modes和横模Transverse modes。

纵模Axial modes：

设 dφ = 2π/λ*（2L）是激光波在腔中往返后的相位变化。为了维持腔内的激光振荡，相变应该是 2π 的整数倍，即 2π/λ*（2L） = 2pπ。就频率而言，该表达式转换为 ν = pc/2L;因此，两个相邻的 p 和 p + 1 模式之间的间隔由 ν = c/2L 给出（如图 1）。

Nd：YAG激光器，λ = 1064 nm 和 L = 25 cm，p = 2L/λ ≈ 47 × 10^4轴向模式存在于激光腔内。如果激光在 1064 nm 处的线宽约为 Δω = 1 GHz，则只有Δω/Δν≈ 1 个纵模在腔中振荡，而其他模式则消失。纵模是由完全平行于谐振腔轴线移动的光波构成的。入射到镜子上的光和从镜子反射的光构成一个驻波。所有的轴向模式都是由于平面波沿连接两个反射镜中心的线传播造成的。

图1 轴向激光模式（a）是一个简单的图示，（b）在激光线宽内，显示线中心的模式具有最大强度。

横模Transverse modes：

与纵模沿腔轴传播的平面波不同，还有一些从轴上传播的与其他波不能一样的路径，称为横向电磁（TEM）模式。当激光束落在任何表面上时，这些模式实际上可以以图案的形式看到。这些模式由TEMpq形式的两个整数p和q指定，其中p和q分别是激光束图案中水平和垂直方向上的最小值数量。TEM00表示束斑中没有最小值，这被称为单相模式。相反，TEM01表明水平扫描中没有最小值，垂直扫描中有一个最小值。屏幕上具有多种TEM模式的激光束点如图2所示。