怎么理解激光的模式?
首先说纵模。我们知道,受激辐射也不是绝对的单一波长,而是有一个很窄的频宽的虽然电子的能级是一个定值,但因为热运动等各种原因,能级会展宽。当激光器工作物质被激发,发出受激辐射光的时候,在这个频宽范围内的各种波长的光子都有,其数量是以中心频率为对称轴的正态分布。这些所有波长的光子都试图在谐振腔中得到谐振从而成为优势波长。如果谐振腔足够短,它仅仅是这所有波长中某一特定波长的整数倍,那么就只有这一特定波长的光子得以谐振成为优势波长,激光器会输出真正的单色光,这就是单纵模但实际的谐振腔通常都比较长,在受激辐射的波长范围内,它可能同时是好几个波长的整数倍,因此会有好几种波长都得到谐振,这样的激光器就会输出好几种波长的光,由于受激辐射带宽本身很窄,所以这几个波长也非常接近,这就是多纵模。
由于激光的发现和发展,产生了一系列新的光学分支学科,并得到了迅速的发展。 早年,爱因斯坦在研究原子辐射时曾详细地论述过物质辐射有两种形式。其一是自发辐射;其二是受外来光子的诱发激励所产生的受激辐射。并预见到受激辐射可产生沿一定方向传播的亮度非常高的单色光。由于这些特点,梅曼首先作成红宝石激光器以来,光受激辐射的研究使得激光科学和激光技术得到迅速的发展,开辟了一批与激光本身紧密相关的新兴分支学科。除量子光学外,还有如非线性光学、激光光谱学、超强超快光学、激光材料和激光器物理学等。 经典波动光学中,介质参量被认为与光的强度无关,光学过程通常用线性微分方程来表述。但在强激光通过的情况下发现了许多新现象。如发现折射率跟激光的场强有关,光束强度改变时两介质界面处光的折射角随之发生改变,光束的自聚焦和自散焦。通过某些介质后光波的频率发生改变,产生倍频、和频和差频等。所有这些现象都归入非线性光学研究。激光器现已能够产生高度指向性、高度单色性、偏振以及频率可调谐和可能获得超短脉冲的光源,高分辨率光谱、皮秒超短脉冲以及可调谐激光技术等已使经典的光谱学发生了深刻的变化,发展成为激光光谱学。同时,还能获得高功率、飞秒超短脉冲的激光,研究这类激光与物质相互作用已发展成超强超快光学。以上这些新兴学科成为研究物质微观结构、微观动力学过程的重要手段,为原子物理、分子物理、凝聚态物理学、分子生物学和化学的结构和动态过程的研究提供了前所未有的新技术。随着激光科学和激光技术的发展以及激光在众多领域的应用开拓,对激光材料和相应的激光器件的性能提出了新的要求,新型光源和激光器发展中所涉及的基本问题成为现代光学的重要内容,其发展趋势是波长的扩展与可调频、光脉冲宽度的压缩,以及器件的小型化和固体化等。几十年来的发展表明,激光科学和激光技术极大地促进了物理学、化学、生命科学和环境科学等学科的发展,已形成一批十分活跃的新兴学科和交叉学科,如激光化学、激光生物学、激光医学、信息光学等。同时,激光还在精密计量、遥感和遥测、通信、全息术、医疗、材料加工、激光制导和激光引发核聚变等方面获得了广泛的应用。
激光模式分为纵模和横模两种的说法是错误的。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。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的光产生最大增益,其他频率的光被抑制掉,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。横和纵的区别个人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结构相关的,而纵模间隔是和腔的纵向尺寸相关的。