激光模式的檢測？多模？單模？

02-06

對一個激光產品進行檢測，標明激光模式是多模，技術要求上面寫用光斑分析儀檢測，但是光斑分析儀主要是為了檢測光斑的質量，發散角之類的吧，檢測的應該是橫模部分，縱模才分單模多模吧？
另外，標明工作波長650~700nm，多模激光器的工作波長應是固定的幾個波長吧，為什麼不寫具體的波長而寫一個範圍？

謝謝邀請！

題主是不是在糾結「多模」和「單模」的說法問題？多模到底是指「多縱模」還是指「多橫模」？

其實縱模和橫模都有「多模」的說法，在不同的語境下我們可以區分「多模」指的是縱模還是橫模！比如「多模光纖」，題主可以百度一下，我們一般指它能夠支撐多個橫向模式，可以分辨這裡的「多模」應該指的是「多橫模」！又比如「多模激光器」，我們一般認為這種激光器有多個激射波長，因此這裡的「多模」指多縱模！

（這裡的說法是我以及我門課題組和同學之間默認的說法，也有可能其他人有不同的默認方式，題主不要糾結，只要每一個名詞在題主心裡對應著一個物理實質，不影響你搞科研，說法問題可以糾正，但物理實質不可搞錯）

橫模的測試前面已有人說了，通過遠場測試可以得到結果，縱模的測試可以用光譜儀！

另外，為什呢多縱模激光器的激射波長只是標明一個範圍而不是確定的幾個波長值，個人理解，主要是由於1.即使激光器的單色性很好，也有一定的線寬；2.由於激光器本身的原因以及外界環境因素，激光器的激射波長會有漂移；3.激光器大批量製作（如半導體激光器）不能保證每一個激光器都一樣，可能由於種種原因，同一設計的激光器在製作解理時會存在差別，比如鍍膜，激光器腔長差異等，都會導致激光器的激射波長不能嚴格激射在理論值上；等等！

還想補充一點橫模！

對橫模的理解大多人都停留在光斑的橫向分布，即光斑的形狀！而對橫模真正的理解還要從波導開始！在自由空間中，麥克斯韋方程的解是平面波（即sin或cos函數的形式），波導的作用是將光的傳播限制在空間的某幾個維度，比如我們需要將自由空間的光限制在xy平面內，只允許它沿著z向傳播，而在傳播的光波是行波，而不能傳播的就是駐波，所以，在xy平面內的x方向和y方向上我們要讓自由空間的行波變成駐波，最簡單的解決辦法就是在x方向和y方向上分別加上一對反射鏡，是的平面波在x和y方向上來回反射形成駐波從而將光限制在一定的範圍內。我們知道在一段諧振腔內存在的一系列離散模式（即縱模）是由腔長和腔內介質折射率所決定的！如果諧振腔的長度滿足半波長的整數倍時，那麼腔內就存在多個離散的模式，也就是存在多個駐波形式。把這個概念引申到xy方向上，在波導xy方向上實際上也是一個諧振腔，如果這個血症腔內存在多個駐波形式，那麼就對應著多橫模！

以上是個人見解，沒有權威解釋，望看到的大神們輕噴！

補充一點

不知道樓主是否有用光纖激光器，光纖作為波導也會影響傳播模式（guided propagation modes），不信你給它施加點應力（彎一彎，拉一拉），投射到遠場的光斑也會不一樣的

還有就是多模激光的頻譜很複雜，它的精細結構甚至用一般光譜儀很難精細測出來，像這樣

（上面是模擬出的頻譜，實際上測一個增益開關F-P激光器的頻譜會是這樣）

多模激光裡面有由半導體增益導致的速率方程，具體的可以去看看有關書籍和論文，講起來估計太長了。。。

參考：Kenji Wada, Hiroyuki Yoshioka, Jiaxun Zhu, Tetsuya Matsuyama, and Hiromichi Horinaka, "Simple form of multimode laser diode rate equations incorporating the band filling effect," Opt. Express 19, 3019-3036 (2011)

基模對應基橫模

單模對應單縱模

縱模多少是不是單模可以用光譜儀測掃出來，

橫模可以通過遠場測試得到。

以上是對我所在的半導體紅外激光器而言，其他波段的了解不多

您好，通常提到多模激光器或者單模激光器指的都是橫模。標準單縱模激光器很少的，價格很高。所以如果是單縱模激光器，會刻意強調單縱模。常規提到的單模激光器，其實是多縱模，單橫模。

至於你說的波長650～700nm，因為沒看到具體數據文件，不好分析。大概兩種可能，1，波長可調。2，就是個普通紅光激光器，中心波長位於650～700nm之間（或者中心波長寫成680±20nm這種感覺）。

不知道題主所指是什麼激光器。

一般激光器的縱模確實確定了它的波長，譜寬，這是由於光在腔中數次往返後模式選擇造成，不符合要求的光被衰減了。

但是別忘了橫向口徑也會衰減光，產生所謂的橫模。

在很多激光器中，模式一般都指橫模，尤其是在大型激光器中。當然一般多用基模，因為它的光斑分布均勻，發散性小

說反了，激光器的多模單模指橫模。

但我不清楚你的誤區是認為多模是多縱模同時輸出還是多縱模可調，我分別說說：

激光的重要特性是什麼？方向性單色性相干性，這是前提，如果一個激光器同時多頻輸出那麼會大幅度弱化布局數反轉，出不出光是個未知數；即使出光了這時的光也已經不是激光了，這是第一個解釋，多縱模無法同時輸出；

多縱模可調是可以實現的。激光三要素：激勵源，增益介質和諧振腔。這裡我們讓腔鏡「抖」起來，顫抖吧腔鏡！然後輸出光的頻率會展開成一個範圍，我們需要哪個波長就鎖過去就行了。這裡的多縱模是連續可調的。當然即使是單縱模輸出也不可能是單一頻率的，會有或大或小的線寬。

這裡的單模多模是指由於腔內光的干涉和衍射形成的不同樣式的光斑，腔鏡是方形和圓形時的光斑模式也會不一樣，參見激光原理。

為什麼要糾結單模多模呢？

只有基模才是標準的高斯光，在光學實驗中用處大大的，很多地方只能用基模，比如做阱比如激發，所以必須要讓激光器單模；而有很多地方不需要這麼嚴格，比如工業切割和微納尺度的灼燒，所以多模也無所謂。我猜你的多模激光器功率很大。

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