激光器:单模激光器与多模激光器的区别

激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。激光器也有单模和多模的区分。

单模激光器和多模激光器的本质区别在于单模激光器的输出光束模式中只有一个模式，而多模激光器的输出光束模式中有多个模式。 因此，我们可以通过M2（光束质量）来判断激光器是单模还是多模。 根据M2的不同，激光可分为3种类型。 M2＜1.3为纯单模激光器，M2在1.3～2.0之间为准单模激光器，M2＞2.0为多模激光器。

模式的不同将直接影响能量的空间分布。 从能量分布来看，单模激光器呈现典型的高斯分布，而多模激光器呈现典型的平顶型分布，能量比较平均，由多个模叠加而成，因此光束质量 不如单模。 单模激光的能量比较集中。 相同的激光功率经同一光学系统聚焦后，单模激光在焦点处的能量远高于多模激光。 通过比较它们的光束质量、焦点（或离焦）光斑直径、发散角和焦点（或离焦）功率密度，可以看出单模激光器在这些规格中优于多模激光器。 更重要的是，由于多模激光器内部存在高阶模，与单模激光器相比，多模激光器具有更大的色散和更多的能量损失。 所以多模激光器不是长距离传输的好选择。

然而，单模激光器在某些方面并不优于多模激光器。 传统单模激光器的纤芯很细，直径也很小（一般小于10μm）。 光纤的损伤阈值很低，难以承受大能量光波。 光纤激光器需要信号激光器和泵浦光同时在纤芯中传输，因此光纤激光器的输出功率很低，光纤端面面积小，难以进行 泵浦光耦合，使得光纤激光器的光到光转换效率很低。 由于单模激光器的纤芯较细，单模激光器的非线性效应较大。 多模激光器在单模激光器的基础上增加了纤芯直径，使光纤中存在多种模式，支持多模同时传输。 多模激光器中多个模场相干叠加后，整个纤芯内的模场分布比较平坦，可以降低光传输过程中的自聚焦效应。 大功率信号光在光纤中的传输距离可以比较远，稳定性高。 多模激光器不仅提高了损伤阈值，而且通过增大光纤的截面积降低激光功率密度，从而有效抑制光纤中的非线性效应。

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