激光的纵模与横模

纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式。简单而近似地说，纵模即频率。以气体放电管为例，通常它所发射的光波的频率宽度比较大。如果把放电管放在光学谐振腔内，经过谐振腔的选频，可使它所发射的光波的频率宽度变窄。例如氖放电管所发射的光波的中心频率为4.7×1014赫，频率宽度为△v=1.5×109赫。如果谐振腔长度为1米，满足共振条件的许多光频率中相邻两个共振频率之差△V’=1.5×108赫。氖放电管配置谐振腔后，发射的光波数为△V′/△V′，即有10种频率的光波。如图所示，曲线a代表放电管所发光波的频率轮廓，直线b的横坐标为中心频率，曲线a的半值宽度即放电管所发光波的频率宽度。配置谐振腔后，一定的腔长有一定的相邻共振频率之差。图曲线a下面的各条直线的间隔即为相邻共振频率之差。因此原来放电管所发光的频率范围很大，曲线a下面的各种频率的光都有。加上谐振腔后就不同，它要求相邻两光频率之差满足一定要求。例如图曲线a下面的频率中，只有各条直线代表的频率才可能。当然这些频率的光波也有自然宽度。
光学谐振腔的这种作用称为选模。腔长缩短，共振频率间隔增大，选模作用明显增加。例如上述氖放电管，若配置在一个10厘米长的谐振腔里，频率间隔为△v′=1.5×109赫，就只有一个输出频率。但缩短腔长会显著降低激光功率。因此，一般用其它方法去达到选模的目的。
谐振腔内每一个允许的频率值，在腔内形成一列驻波。每列驻波代表腔内光场沿纵轴的一种分布，习惯上称它为一个模式，或叫一个纵模。腔内如果只有一种光场分布，称单纵模，否则称多纵模。
横模是指激光光束横截面上光强的分布情况。激光谐振腔两端有反射镜，腔内激光物质也有一定大小的横截面。光在腔内传播相当于不断经过光阑，因此会引起衍射，使振幅 和相位的空间分布发生畸变。最后当振幅和相位