RP 系列激光分析设计软件 | 模式跳变

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模式跳变是一种主要在单频激光器的背景下讨论的现象。在某些外界影响下，这种激光器可能会在单一的谐振腔模式下工作一段时间，但随后突然切换到另一种模式。这意味着另一种模式突然接收了所有的光功率；在很短的一段时间内，两种模式都可能存在功率。

在激光器的多模操作中，也可能存在不同模式组之间的转换。然而，许多模式上的同时振荡是最常见的，而不是完全的模式跳变，往往有更多的连续跃迁，光功率逐渐被重新分配。空间烧孔等非线性效应可以进一步影响该动态变化。

模式跳变还可以涉及高阶模式，或在具有偏振无关的增益激光器中具有不同偏振的模式。

模式跳变的原因

模式跳变经常受到外部因素的影响。例如，增益介质温度的漂移会使最大增益的波长发生偏移，但不会使谐振器模式的频率发生相同程度的偏移。(这可以发生在激光二极管中,温度变化对增益最大值的影响通常超过谐振腔。)以前的激光发射模式可能不再是增益最高的模式，因此具有较高增益的竞争模式的功率可以迅速上升。

激光谐振器的长度漂移基本上也会发生相同的现象，它改变了谐振器模式频率，而没有改变增益最大值。

这两种模式跳变的起源通常是由于试图调节激光器的波长。当然，外部的影响也可能是随机噪声，例如镜面振动，温度波动或泵浦功率的变化，或者外部光反馈。

模式跃变的后果

模式跳变可以明显地受到干扰，因为它们会使获得连续的波长调谐变得困难。根据激光装置的各种细节，波长可能会产生显著的跳变，这些跳变之间只有微小的变化，或者它可以像锯齿曲线一样变化。

模式跳变也会产生激光噪声，如强度噪声和其他参数的噪声，特别是在模式跳变频繁的情况下。

避免模式跳变

当激光谐振腔具有较大的自由光谱范围，即其基模的频率间隔较大时，通常更容易避免跳模。一些可调谐激光器只配备相应的短激光谐振腔，调谐范围被限制在接近自由光谱范围的值，例如对于紧凑的非平面环形振荡器(NPRO或MISER)，调谐范围可能为几千兆赫兹。

通过对谐振腔模式频率和增益最大值的协调调谐，或者附加一个腔内光滤波器，可以获得比自由光谱范围宽得多的连续（模式跳变自由）调谐范围。

可以通过最小化外界噪声对（例如，通过温度稳定）的影响以及使用具有较大自由光谱范围的谐振器来抑制随机模式跳变（见上文）。

还可以采用各种非线性项，这些非线性项有利于已经存在的激射模式而不是竞争模式。一个例子是准三能级激光增益介质非泵浦区的空间烧孔。类似的效果可以通过腔内倍频来实现。