横模和纵模

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”。

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

 

简单的说从模就是频率,横模就是激光在横切面上电磁场分布

纵模和横模都是模式,是谐振腔内可能存在的稳定光场的本征态。
纵模是沿腔轴线方向的电磁场的本征态。纵模数表示激光震荡的频率数,表征激光的单色性好坏。单一纵模的单色性最好。
横模是垂直腔轴方向的本征态。不同的横模其光场分布是不一样的,高阶横模的发散角大于基横模,也就是说横模影响激光的方向性。