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  シングル縦モードの動作 縦モードの理論  
  Single Axial Longitudinal Mode Operation    

レーザーキャビティ内を往復する毎に相対的に同一な振幅と位相を自ら生み出す条件からレーザー固有の
波長または周波数は、次式により求められます。
(式20 )

ここでλはレーザーの波長、νはレーザーの周波数、c は真空中の光の速度、N は発振波長により決まる整
数の値、そしてP はビームが1 往復した時の光路長であり、屈折率の影響も考慮します。光学長さL の間隔
の鏡を持つキャビティの場合、これらの公式はよく知られている形に変わります。

(式21 )

これらの許容周波数は、縦モードと称されています。隣接する縦モードの間の周波数間隔は、次式から求
める事ができます。

(式22 )

式22 から分かるように、レーザーキャビティが短いほどモード間隔は大きくなります。P に対するνを異
なる表記で表すと以下のようになります。

(式23 )

従って、632.8 nm を発振しているキャビティ長25 cm のヘリウムネオンレーザーの場合、モード間隔は約600 MHz となり、 100 nm のキャビティ長の変化は190 MHz の縦モードの変化の原因となります。

レーザーが発振する縦モードの数は、主に2 つの要因によって決まります。1 つはレーザーキャビティの長
さ、そしてもう1 つはレーザー媒質の幅です。例えば、レーザーキャビティが25 cm である赤色ヘリウム
ネオンレーザーの利得は632.8 nm に集中しており、2 つないし3 つの縦モードしか発振されていないゲ
インカーブの半値全幅 (FWHM ) は約1.4 GHz です。そして、1 ミクロンに満たないキャビティ長の変化は
、ゲインカーブ内のモードスイープを引き起こします。キャビティ長が2 倍になることによりゲインカーブ
が2 倍になり、発振される縦モードの数も倍になります。

アルゴンまたはクリプトンなどのイオンレーザーの利得はヘリウムネオンレーザーの約5 倍も広く、また
通常キャビティ間隔も大きく、より多くのモードを同時に発振しています。

ゲインのピーク近くの周波数で発振しているモードは、周辺部のモードよりもより大きなエネルギーをレー
ザー媒質から取り出します。振動や温度の変化と共にキャビティ長に小さな変化が起こることによりモード
がゲインカーブ内を前後に移動するため、これはレーザーシステムの性能に重大な影響を及ぼします。2 つ
ないし3 つの縦モードのみを発振するレーザーでは10 % 以上のパワーの変動があるのに対し、10 以上の
縦モードを発振するレーザーでは2 % 以下のモードスイープにより変動しか見られません。

 



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