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怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

  • 发布时间:2021-11-29 08:23
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怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

【概要描述】怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

  • 发布时间:2021-11-29 08:23
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首先主要搞清激光器模式有横模和纵模之分,为什么要分清呢?因为两者本质不同!

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!在同一个谐振腔内会存在很多驻波形式,因为满足腔内的相位匹配条件的有很多,只要满足这个条件就可以形成稳定的驻波(这里忽略了振幅条件,我们假设激光器有源区的增益谱很宽),一个驻波形式就对应一个纵模!理解纵模,题主可将它与激光波长联系,你可以简单地理解为一个波长对应了一个激光器纵模模式。

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,简单的理解为场在这个面上是什么样子!比如说基模,它在横截面上的分布就是一个光斑,高阶模在横截面上有多个光斑!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:我这里就默认题主说的是纵模,因为我们平常所说的单模多模都指纵模,而横模都说基模和高阶模!如果按照我前面说的将激光器波长与纵模联系起来,单模和多模的区别就很明显了!单模就是激光器输出只有一个波长的光,多模的话,激光器的输出光中就包含了多个波长!

 

概念原理题主已经很清楚了,下面我就简单地用图形来给题主说一下纵模和横模。

前面已经说过,纵模对应着激光器谐振腔内的驻波形式,比如

怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

 

图中所示的是在激光器谐振腔内满足阈值增益条件的两个驻波,这两个驻波都可以得到稳定的激光输出,但它们所对应的波长不同,即驻波1对应着一个纵模,驻波2对应着另外一个纵模。如果由于各种原因,使得激光器谐振腔内最后只存在一个稳定的驻波形式,那么激光器就可以获得单纵模输出。然而,在激光器端面存在一定反射率的情况下,激光器内会存在一些列的FP模式,由于我们所选择的主模与次模的功率差值较大(通常边模抑制比大于30dB的我们都认为的单纵模激光器),所以我们可以认为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

 

这是我用matlab仿真的AR(10%)-HR(90%)的半导体激光器的一些频谱图。第一幅图中可以看到激光器的输出边模抑制比大于40dB,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。两幅图中可以清楚的看到由于激光器端面反射率不为零,因此它就是一个FP谐振腔,所以会存在一些列的FP模式,但由于增益谱的不平坦,在模式竞争的过程中被熄灭。

 

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

 

怎么能理解激光的模式,想入行必须知道的知识点

 

这3幅图是某级波导激光器横截面上的光场分布。第一幅图上可以看到他只有一个椭圆形的光斑,我们称为基模,而后两幅图中,光斑被分成了两份和三份,我们称为一阶模和二阶模(高阶模)。另外我们常说到的导模、泄露模等,应该都是从横模的角度来说的。

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