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详细介绍紫外绿光激光器的横模和纵模之间的区别

详细介绍紫外绿光激光器的横模和纵模之间的区别

发布时间:
2021/04/13
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详细介绍紫外绿光激光器的横模和纵模之间的区别

本周《涨知识啦》主要给大家介绍的是激光器的横模(lateral mode)和纵模(longitudinal mode)的区别。做为激光器的两个关键参数,从表象看会让人错误的理解为仅仅是模式在方向上的不同。特别是对于边发射和面发射两种不同激光器,更容易混淆。

首先,激光器的纵模指的是在激光器谐振腔内形成的稳定驻波。对于一个固定的谐振腔,由于满足谐振腔来回振荡相位匹配条件的波长有很多,只要满足这个条件就可以形成稳定的驻波,所以在同一个谐振腔内会存在很多驻波形式,而一个驻波形式就对应一个纵模。纵模可以和波长或者频率联系起来,可以简单的理解为一个波长对应了一个激光器纵模模式。如下图所示,在波长范围1300nm-1320nm之间存在着十几个激射峰,这些激射峰对应的就是纵模。一般情况下,谐振腔的腔长影响激光器的纵模数量,一般来说对于普通的垂直腔面发射激光器(VCSEL),由于它的腔长很短,一般都是单纵模输出。

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图一 激光器的激射光谱

激光器的横模指的在垂直于激光传播方向上的横截面上的场型分布(包括电场和磁场),可以简单理解为场在这个横截面上的形状,这往往可以通过近远场体现。对于基模,它在横截面上的形状就是一个光斑,那么高阶模在横截面上就是多个光斑。所以,横模的数量也会影响激光器的光束质量。图二为VCSEL激光器中不同横模对应的远场图,高阶模相比基模具有更大的发散角。

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图二 VCSEL中的不同横模对应的远场图

所以,横模和纵模是两个不同的概念,纵模决定的是频谱特性,而横模决定的是光场的空间特性即近远场特性。