关于激光的几个专业问题

Question

什么是激光模式？高阶模和低阶模的区别是什么？那个圈圈画阴影的图看不懂、不同的模式究竟是什么意思，频率？相位？有没有高手给个详细的解答？
谱宽是什么？是频率有一定的分布吗？
还有脉宽是什么？
为什么大家总用多少ns来描述激光呢？
激光是高斯光束，因此有发散角。但激光的特点之一不是方向性好吗？跟发散岂不矛盾？
ps，悬赏分会给用自己的语言描述的让我懂的人，而不是复制一堆解释的人。。。
脉宽的意思是一个脉冲波长对应的时间加上两个脉冲之间的空白时间吗？
为什么“假如说你的激光器瞬时功率 1 兆瓦，脉冲宽度 1ms，而我的激光器瞬时功率 3 兆瓦，脉冲宽度 0.1 ms，结果就是你先把我的飞机给打下来。”脉宽不是小的好吗？

Answer 1

关于模式，比较复杂，首先有横模纵模之分。激光器谐振腔里面很可能有好几个符合条件的跃迁能级的，He-Ne 激光器好像就有三条可能的谱线，需要首先调整激光器谐振腔的参数使你需要的谱线衰减小而不需要的尽可能让它达不到起振条件。通俗地讲，对于需要的谱线，从不同光路来回反射的形成谐振的模式有很多种，只要单次往返增益大于衰减（吸收和散射）就能形成谐振。阶数越高，光场分布就越复杂且分布范围大、发散角大；横模选择是为了在功率和发散角之间进行平衡，以取得亮度最好的工作模式；纵模选择是单频激光运转的必要条件

谱宽就是谱线宽度。形成谱线宽度的原因是频率有一定的分布。

理论上激光应该是一个频率，因为它是能级跃迁发射的光子，能级能量差决定了激光频率，因此激光器应该产生唯一频率的激光，也就是说，谱线宽度为零（δ函数）。而实际上因为各原子、分子也有相对运动和势能，也有相应的不同能级，因此电子跃迁的激光的频率并不是一个值，而是一个范围，当然这个范围很小。比如说我们从 30cm 的台阶上跳下来，应该释放出一定的能量，假定全部转化成光子，就是一个频率的激光。但是台阶本身在缓慢移动，前后可能差个几微米，另外不同位置的重力加速度也有差别，这样能量就不完全一致，就有频率分布了

脉宽：脉冲宽度。很多大功率激光器只能以脉冲形式工作；很多激光器需要以脉冲方式产生输出。因此，输出脉冲的宽度也是衡量激光器性能的重要指标。尤其是大功率激光器，瞬时功率很高并不能说明一切，还要看它能达到的脉冲宽度。假如说你的激光器瞬时功率 1 兆瓦，脉冲宽度 1ms，而我的激光器瞬时功率 3 兆瓦，脉冲宽度 0.1 ms，结果就是你先把我的飞机给打下来。

用多少 ns 来描述激光，常见于大功率激光器，实际上兆瓦级激光脉冲宽度很难达到毫秒，用 ns 来说比较合适。另外激光器件的开关速度/调制速度也很重要，通讯行业要求高带宽，就要求很高的开关/调制速度，10M 带宽对应的就是 100ns，100M 带宽对应 10ns，等等，如果达不到通讯速度就上不去。

用多少 nm 来描述激光，主要是来说明它的频率。一般来说，激光色散很小（单色性好），而波长乘频率就是光速（一般情况下是常量），所以我们常常用真空中的波长来描述激光（其实也就是用它的频率）。比如说，He-Ne 红色激光 6328A 也就是 632.8nm

方向性好，是说发散角很小，并不是说绝对不发散。绝对不发散的平行光要求无限大的光源，不管什么发光机理，至少要满足光源尺度无限大才可能不发散。

Answer 2

我只能回答很小的一部分
我们所用激光器射出的激光通常是有一定频率范围的,激光器上标明的频率表示它的中心频率,而实际情况不是只有这一个频率,因此会有谱宽.ns是指它的波长,由光的频率换算来,说明激光的频率非常高.现在很多实验室都在使用飞秒激光器,频率还要高.
回答者：pfemldeb - 试用期 一级 8-15 15:40

关于模式，比较复杂，首先有横模纵模之分。激光器谐振腔里面很可能有好几个符合条件的跃迁能级的，He-Ne 激光器好像就有三条可能的谱线，需要首先调整激光器谐振腔的参数使你需要的谱线衰减小而不需要的尽可能让它达不到起振条件。通俗地讲，对于需要的谱线，从不同光路来回反射的形成谐振的模式有很多种，只要单次往返增益大于衰减（吸收和散射）就能形成谐振。阶数越高，光场分布就越复杂且分布范围大、发散角大；横模选择是为了在功率和发散角之间进行平衡，以取得亮度最好的工作模式；纵模选择是单频激光运转的必要条件

谱宽就是谱线宽度。形成谱线宽度的原因是频率有一定的分布。

理论上激光应该是一个频率，因为它是能级跃迁发射的光子，能级能量差决定了激光频率，因此激光器应该产生唯一频率的激光，也就是说，谱线宽度为零（δ函数）。而实际上因为各原子、分子也有相对运动和势能，也有相应的不同能级，因此电子跃迁的激光的频率并不是一个值，而是一个范围，当然这个范围很小。比如说我们从 30cm 的台阶上跳下来，应该释放出一定的能量，假定全部转化成光子，就是一个频率的激光。但是台阶本身在缓慢移动，前后可能差个几微米，另外不同位置的重力加速度也有差别，这样能量就不完全一致，就有频率分布了

脉宽：脉冲宽度。很多大功率激光器只能以脉冲形式工作；很多激光器需要以脉冲方式产生输出。因此，输出脉冲的宽度也是衡量激光器性能的重要指标。尤其是大功率激光器，瞬时功率很高并不能说明一切，还要看它能达到的脉冲宽度。假如说你的激光器瞬时功率 1 兆瓦，脉冲宽度 1ms，而我的激光器瞬时功率 3 兆瓦，脉冲宽度 0.1 ms，结果就是你先把我的飞机给打下来。

用多少 ns 来描述激光，常见于大功率激光器，实际上兆瓦级激光脉冲宽度很难达到毫秒，用 ns 来说比较合适。另外激光器件的开关速度/调制速度也很重要，通讯行业要求高带宽，就要求很高的开关/调制速度，10M 带宽对应的就是 100ns，100M 带宽对应 10ns，等等，如果达不到通讯速度就上不去。

用多少 nm 来描述激光，主要是来说明它的频率。一般来说，激光色散很小（单色性好），而波长乘频率就是光速（一般情况下是常量），所以我们常常用真空中的波长来描述激光（其实也就是用它的频率）。比如说，He-Ne 红色激光 6328A 也就是 632.8nm

方向性好，是说发散角很小，并不是说绝对不发散。绝对不发散的平行光要求无限大的光源，不管什么发光机理，至少要满足光源尺度无限大才可能不发散。

Answer 3

我只能回答很小的一部分
我们所用激光器射出的激光通常是有一定频率范围的,激光器上标明的频率表示它的中心频率,而实际情况不是只有这一个频率,因此会有谱宽.ns是指它的波长,由光的频率换算来,说明激光的频率非常高.现在很多实验室都在使用飞秒激光器,频率还要高.

Answer 4

高科技，听不懂