短HeNe激光器的模式竞争

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短HeNe激光器的模式竞争

任何给定纵模下的输出功率不会以平滑（高斯）方式变化的主要原因是模式竞争。如果没有模式竞争，增益不会饱和并且所有模式增益都相同。因为不同的激光模式共用处于激发态的原子，所以它们会争夺这些原子。当仅存在2或3种模式时，这一点最为显着，因为每种模式都占总输出功率的很大一部分。因此，极化输出功率曲线的包络线的形状一定是非高斯的。而一旦理解了模式竞争的规律就能更好的理解输出功率曲线的形状：

1个模式：在模式扫描期间，输出功率将平滑地变化，大致遵循高斯氖增益曲线的轮廓（减去激光阈值）。真正的激光器在整个模式扫描过程中可以是单模的唯一方法是，腔体大约为10厘米或更小，或者有一种额外的方法强制 SLM 操作（例如腔内的标准具）。但稍长的管子将在部分模式扫描中以单模式运行，其余模式为2模式。

典型1mW随机偏振氦氖激光管的纵模扫描图显示了Melles Griot 05-LHR-007的功率曲线。在大约50%的模式扫描周期内，它是纯单模式，在剩余的时间内共享功率。

2个模式：当出现第二种模式时，它将开始消耗第一种模式的力量。如果模式在氖增益曲线的两侧保持平衡，则其功率将相等。总输出功率可能保持相对恒定或在相等时略有增加（通常提高20%左右）。腔长为12至16 cm的管子将以1或2种模式运行。

3个模式：当第三种模式出现时，它将开始蚕食其他两种模式的力量。相对功率和总功率将取决于它们在氖增益曲线上的位置，并且至少不能直观地预测。腔长为20至25 cm的管子在模式扫描期间将以2或3个模式运行。

典型3mW随机偏振氦氖激光管的模式扫描图显示了Spectra-Physics 088的扫描图。在极化模式的峰值（总功率的最小值），有2个模式。在偏振模式交叉的地方，有3种模式。模式扫描的整体形状取决于许多因素，包括腔的确切长度，它决定了它从2模式切换到3模式的位置。

4个或更多模式：普遍规律仍然适用，但由于每个模式的贡献较小，模式竞争的效果也更小，更难以看到和解释。

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