Продольные моды

Выходные частоты лазера определяются несколькими факторами. Во-первых, полная длина волны определяется энергетической неопределенностью (уширением) лазерного перехода, которая определяет длину волны и общую ширину линии. Тем не менее, в любой данный момент только относительно небольшое число частот внутри этой общей огибающей могут колебаться. Эти «продольные моды» возникают из-за граничных условий, согласно которым в обычных двухзеркальных лазерах амплитуда волны должна быть равна нулю на поверхности зеркала (т. е. осциллирующая волна является стоячей волной).

n = Nc/2L

может работать, где c — скорость света, L — эффективная длина резонатора, N — целое число. Смежные моды обычно ортогонально поляризованы.

На приведенном ниже рисунке показана область генерации гелий-неонового лазера, работающего на длине волны 632,8 нм с расстоянием между резонаторами 23 см. Это приводит к разносу мод 640 МГц. Поскольку ширина кривой усиления (FWHM) составляет всего 1400 МГц, в любой момент времени могут работать только две продольные моды. Если бы лазер был в два раза длиннее, то одновременно могли бы работать четыре продольные моды.

Поскольку допустимые продольные моды зависят от длины резонатора, частота будет изменяться по мере изменения длины резонатора. В лазерах, где могут работать только несколько продольных мод, эти изменения вызовут флуктуации выходной мощности по мере того, как моды смещаются под кривой усиления.