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关于激光纵模与横模的理解 Label:Research

作者:互联网

改编自 作者:Martin John 链接:https://www.zhihu.com/question/21796925/answer/32102320

模式分为纵模和横模两种的说法应该是错误的,这两者不是对立的概念,非“不是横模,就是纵模”。

第一 横摸描述的是激光光斑上的能量分布情况,横模可以从激光束横截面上的光强分布看出来。
如图,高斯光束的截面光强分布曲线,中心高,辐向减小,满足高斯分布。


由于中心为一个光斑。称之为TEM00基模,为最简单的一种横模。至于TEMxy的命名规则,见下图

 

第二 纵模是与激光腔长度相关的,所以叫做“纵模”,是描述激光频率的。理论上激光腔内可以产生无数个等间距频率的光,但由于增益介质只对特定频率(谐振频率)的光产生最大增益,其他频率的光被抑制掉,即在谐振时会筛选出符合谐振频率的谐振激光,所以,激光器一般仅输出一个特定频率的激光。纵模是指频率而言的。沿腔的轴线方向(纵向)形成驻波,驻波的波节数由q决定。通常将由整数q所表征的腔内纵向场分布称为腔的纵模。不同的q值相应于不同的纵模。纵模q单独的决定模的谐振频率

上图中,注意观察横纵坐标代表的物理量,说明在一个频率区间内,分布了5个纵模(即五个频率的激光,q=5),且强度不等,如同一个不理想的带通滤波器。在实际的激光器谐振腔振荡中,会出现模式竞争现象,增益大的纵模(如图中的中心处纵模)会“强者愈强”,使得增益小的纵模最终无法达到激光器振荡阈值,不再振荡,实现单模选频输出,即单纵模输出。至于为何不是强度相等的五个峰(理想滤波器形状),这里不赘述,可以自行了解“谱线加宽现象”和“激光器增益谱线”。

 

横和纵的区别可以认为是从腔的结构来分的,横模(表现在光斑形状)的分布是和腔的横向(xy面)结构相关的;而纵模(表现为不同的频率)间隔是和腔的纵向尺寸相关的
按照上面说法,不是说激光的模式是纵模和横模。而是我们在不同侧面描述激光的时候用的两个概念而已。

事实上,每束激光束都有它的纵模和横模,只是从不同的角度描述激光束的性质而已。相当于某人的身高和体重描述的是他身体的不同方面。
绝对不是“分”开的,即好像有人说“该激光束是纵模的”或者“该激光束是横模的”,这是一个错误的理解。     从另一个方面理解  

改编自 作者:贱贱 链接:https://www.zhihu.com/question/21796925/answer/257926166


一个激光器,我基本见的都是横模 [公式] 的,

简单说横模就是激光束横截面上的强度分布,00模看起来像个正圆,

其他的稀烂没法看,估计也没谁搞那种激光器用,所有激光器,默认横模00,

 

激光器,就有谐振腔,能输出的激光波长 [公式] 必须满足一个条件:

谐振腔长L为半波长 [公式] 的整数倍

(不满足这个条件的都被自己怼自己给抵消没了,最后只能剩下这么纯正的,严格的一匹)

直观用图看很简单, [公式] 为腔内波长周期个数;

所谓的纵模,对应一个输出的波长,

单纵模,腔内只有单个波长;

多(纵)模,腔内有多个波长;

(这是腔Q值高,线宽无限窄的情况;如果腔的Q值低,多模看起来也就1个波长,只是显的线宽比较宽而已)

 

拿图片直观看,纵模间距 [公式]

其中 [公式] 为光速,

举个例子,腔长15cm,那么纵模间距就是1GHz,

(栗子很好用的,你就不用看公式和单位了:30cm 500MHz、50cm 300MHz…无脑怼)

一个激光,可以是单纵模的,也可以是多纵模的,看怎么设计了...

 

总结一下就是:横模是强度空间分布,纵模是频域分布(波长)

简单说其实两者一点关系都扯不上

所以这里可以看出,锁横模技术就是锁波长,锁定输出波长在一定范围内

 

但是硬要大一统,可以看看这个,概念也是用上面的原理推的:

 

标签:波长,激光,Research,激光器,频率,Label,纵模,横模
来源: https://www.cnblogs.com/radiumlrb/p/14888045.html