激光的横模—TEM₀₀

1.激光横模的定义

　　激光在谐振腔内往返传输，最后趋于稳定，形成输出激光的稳定分布状态，称为激光的模式。通常把激光光束在垂直传播方向的横截面上的稳定光强分布（光斑）称为横模。横模模式一般用符号TEMpq表示，其中p和q分别表示光束横截面内在水平方向和竖直方向的暗区数目。我们把p=q=0，即TEM₀₀称为基模，其他横模称为高阶横模。如图1所示即为不同横模的光场强度分布照片。例如图1-b中轴对称的TEM10表示在水平方向有1个暗区，竖直方向无暗区；TEM21表示在水平方向有2个暗区，竖直方向有1个暗区。

2.基横模TEM₀₀
　　我们常接触到的激光横模模式是TEM₀₀基模，水平方向和竖直方向均无暗区，且发散角小，亮度更高，能量呈现高斯分布状态。如下图2所示，为通过激光轮廓分析仪测试的TEM₀₀基模高斯分布状态的光斑。

图2 基横模TEM₀₀光斑模式

3.激光光斑的测量
　　光斑测量，主要是用来分析横模模式的形状、大小及能量分布，对于评估激光器的性能具有重要意义。激光光斑的检测方法主要有以下几种：
　　(1)基于CCD或CMOS的视觉系统：利用高分辨率的CCD或CMOS相机捕捉激光光斑的图像，然后通过图像处理软件分析光斑的尺寸、形状、能量分布等特性。其中广泛使用的是以峰值能量的13.5%（1/e2）为边界的定义方法，这种测试方法精度高，分辨率高，更加直观。

　　(2)刀口法：用刀口逐步遮挡激光束，通过光功率计测量光强变化，确定光斑尺寸。让待测激光光源透过刀口边缘，遮挡激光束使光功率占总功率10%的刀口位置标记坐标x1，遮挡激光束使光功率占总功率90%的刀口位置标记坐标x2，光斑直径=1.561×|x1-x2|(其中1.561是拟合值)。

图4 用刀口法测量光斑直径

　　(3)热成像法：利用红外热像仪等热成像设备捕捉激光束照射在目标表面时产生的热效应，通过分析热图像来检测光斑参数。
　　(4)光斑烧蚀法：通过激光束烧蚀目标表面形成可见的烧蚀痕迹，然后测量烧蚀痕迹的尺寸和形状来推断光斑的参数。但是精度较低、局限性大、且会对目标表面造成损伤。
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