模(或叫波型)是激光理论中的一个基本概念.从光的波动观点看,模是指电磁波动的一种类型,实际上也就是存在于空腔中各种不同频率的驻波;从光的粒子观点看,模是代表了可以相互区分的光子态.在各向同性的空间内,单位体积的模数目N为

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中v是光辐射频率,c是光速,△v是光辐射的频率范围.在光频区,v~1014Hz,△v~1010Hz,由式(3.12)算得在1cm3体积内的模数目为108.在激光器所用的开放式共振腔内,模的数目大大减少,而满足激光振荡条件的模数目就更少了.满足激光振荡条件的稳态电磁场分布称为激光振荡模,在腔长l的共振腔内,两个模的频率间隔△v~c/2l(c是光速).能达到激光振荡条件的模,它的辐射频率必须在光学增益带宽内.假定共振腔的腔长为10cm,两个模之间的频率间隔△v~1.5×109Hz. He-Ne激光器的增益带宽△vG~1.5×108Hz.这意味着,实际上能够同时达到激光振荡条件的只有一个模.红宝石的增益带宽△vG~2×1011Hz,如果采用相同长度的共振腔,在增益带宽内可以容纳13个模.在谱线均匀致宽的情况下,会发生振荡模竞争的现象,这13个模最终只有少数几个能同时发生振荡.总的来说,激光器的激光振荡模数目是很少的.
前面谈的是沿同一个传播方向,按光频率区分光子态得到的结果,这样的模称为纵模.还有按辐射传播方向区分光子态,这就是横模.从波动观点来看,在垂直于光束传播方向的横截面上,每一种稳定存在的电磁场分布形式称为一种横模式,用符号TEMmn表示,下标m、n代表模的阶数.m=n=0的模称为基模,其余的称高阶模.图3-3是几种横模的光电场分布形式和光强空间分布花样.横模阶数高的模,其光强空间分布范围大,在共振腔内来回传播过程中逃逸出共振腔的量大.所以,虽然可存在的横模有许多个,但能满足激光振荡条件的只有少数几个.

