文章來源：睞芯科技LightSense

原文作者：LIG

本文介紹了激光模式Laser Modes。

激光束的輸出實際上由在寬頻率范圍內的許多不同頻率的緊密間隔的光譜線組成。離散光譜分量稱為激光模式laser modes，覆蓋范圍是負責激光輸出的原子躍遷的線寬。

激光模式分為縱模Axial modes和橫模Transverse modes。

縱模Axial modes：

設 dφ = 2π/λ*（2L） 是激光波在腔中往返后的相位變化。為了維持腔內的激光振蕩，相變應該是 2π 的整數倍，即 2π/λ*（2L） = 2pπ。就頻率而言，該表達式轉換為 ν = pc/2L;因此，兩個相鄰的 p 和 p + 1 模式之間的間隔由 ν = c/2L 給出（如圖 1）。

Nd：YAG激光器，λ = 1064 nm 和 L = 25 cm，p = 2L/λ ≈ 47 × 10^4軸向模式存在于激光腔內。如果激光在 1064 nm 處的線寬約為 Δω = 1 GHz，則只有Δω/Δν≈ 1 個縱模在腔中振蕩，而其他模式則消失。縱模是由完全平行于諧振腔軸線移動的光波構成的。入射到鏡子上的光和從鏡子反射的光構成一個駐波。所有的軸向模式都是由于平面波沿連接兩個反射鏡中心的線傳播造成的。

圖1 軸向激光模式（a）是一個簡單的圖示，（b）在激光線寬內，顯示線中心的模式具有最大強度。

橫模Transverse modes：

與縱模沿腔軸傳播的平面波不同，還有一些從軸上傳播的與其他波不能一樣的路徑，稱為橫向電磁（TEM）模式。當激光束落在任何表面上時，這些模式實際上可以以圖案的形式看到。這些模式由TEMpq形式的兩個整數p和q指定，其中p和q分別是激光束圖案中水平和垂直方向上的最小值數量。TEM00表示束斑中沒有最小值，這被稱為單相模式。相反，TEM01表明水平掃描中沒有最小值，垂直掃描中有一個最小值。屏幕上具有多種TEM模式的激光束點如圖2所示。

圖2 激光的各種TEM模式