怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点


边看边学,发现激光器有横模和纵模之分,看起来有点混乱?通过列出两者本质不同,更好区分。

1、纵模:纵模是指在激光器谐振腔内所形成的稳定驻波形式。在同一个谐振腔内可能会存在很多驻波形式,因为谐振腔内能满足的相位匹配条件有很多,只要条件满足就能形成稳定的驻波(这里忽略了振幅条件并假设激光器有源区的增益谱很宽),一个驻波就对应一个纵模!理解纵模,可以把它与激光波长联系起来,你可以简单地理解为一个波长对应一个激光器纵模。

2、横模:横模指的是激光磁场(包括电场和磁场)在垂直于激光传播方向上的横截面上的分布,简单的理解为激光光斑上的能量分布情况!比如说基模,它在横截面上的能量分布就是一个光斑,高阶模在横截面上能量分布会有多个光斑!注意,当横截面上看到一个光斑,即基模,它不一定是单纵模!

3、单模和多模:这单模和多模都指纵模方向,而横模方向都说基模和高阶模。如果按照我们前面说的,把激光器波长与纵模联系起来理解,单模和多模的区别就变得很明显!单模就是激光器输出的光只有一个波长,多模就是激光器输的光中包含了多个波长!

下面我们继续用简单的图形讲解一下纵模和横模。

前面已经说过,纵模对应着激光器谐振腔内的驻波波长,如下

 

怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

 

看上图所示的是激光器谐振腔内满足阈值增益条件的两个驻波波长,这两个驻波都能实现稳定的激光输出,单独看,它们的波长是不一样的,即驻波1对应一个纵模,驻波2对应另外一个纵模。如果通过控制,使得激光器谐振腔内只有一个稳定的驻波波长,这激光器就是单纵模输出。从光谱分析中看,只要光谱中只有一个边模抑制比大于30dB,我们可以认为这个激光器是单纵模输出的。

 

怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

 

怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

 

上面两张图是某半导体激光器的光谱分析图。第一幅图中可以看到激光器的输出边模抑制比大于30dB只有一个,我们认为它是单纵模输出的,第二幅图中,明显有两个很相近的纵模模式,我们认为它是双纵模。

 

怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

图1、图2、图3是某半导体激光器发出的激光横截面上的光场分布。这个激光横截面,就是直视激光看到的点,也就是激光打到墙上的光斑,从图1上我们可以看到只有一个椭圆形的光斑,我们称为基模。

 

怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

从上图2光场分布光斑被分成了两份,我们称为一阶模(高阶模)。

 

怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

 

而图3光场分布被分成了三份,我们称为二阶模(高阶模)。此外还有导模、泄露模等说法,都是从横模的方向来看的。