1．縱模選擇的意義及原則。 為了獲得好的單色性和相干性的激光束，要求激光以單頻振蕩，在一般情況下，多橫模激光器是一個(gè)多頻激光器，而多縱模激光器的頻率間隔則更大。激光器的振蕩 縱橫數(shù)目，由腔長(zhǎng)、工作物質(zhì)的增益線寬和激勵(lì)水平等因素所決定。因?yàn)橹挥刑幱谠鲆婢€寬內(nèi)的那些縱模頻率才有可能真正起振，形成多縱模振蕩。某些實(shí)際應(yīng)用， 如光通訊、激光全息、精密計(jì)量等要求激光具有高單色性、高相干性，必須單頻工作，而縱模選擇又是單頻工作的必要條件。 設(shè)由增益線寬和 激勵(lì)水平（閾值）所決定的激光振蕩的大致頻率范圍為Δv，腔所允許的相鄰兩振蕩縱模的頻率間隔為δv，則實(shí)際起振的縱模數(shù)目為Δv/δv。由此可見(jiàn)，減少 振蕩縱模數(shù)（即選縱模）可通過(guò)兩條途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是設(shè)法壓縮激光器的增益帶寬Δv；二是設(shè)法增大相鄰兩振蕩縱模之間的頻率間隔δv。下述的各種縱模選擇方 法，均以此為依據(jù)。 2．縱模選擇的方法。 （1）色散腔法。當(dāng)工作物質(zhì)具有多條熒光譜線或一條較寬的譜帶時(shí)，在腔內(nèi)放入色散棱鏡或反射光柵等光學(xué)元件，可以進(jìn)行粗選縱模。使選頻振蕩的線寬壓縮到0.1-1nm左右。 ①棱鏡色散腔。在腔內(nèi)置入色散棱鏡，其選頻振蕩的最窄波長(zhǎng)范圍，由棱鏡角色散和光束發(fā)散角所決定。設(shè)棱鏡頂角為a，光束以最小偏向角δm方式通過(guò)棱鏡（即光路對(duì)稱(chēng)），由于 n=sin[(δm+a)/2]/sina/2(20-10) 棱鏡的角色散率定義為： Dλ=dδm/dλ(20-11) 將式（20－10）求導(dǎo)后則有： Dλ=dδm/dn·dn/dλ=2sina/2/(1-n2sina/2)1/2·dn/dλ(20-12) 為使棱鏡的插入損耗減到最小，應(yīng)使光線入射角i以布儒斯特角iB入射。 則有： sina/2=siniB/n(20-13) 代入（20－12）式，則： Dλ=2siniB/(n2(1-sin2iB))1/2·dn/dλ(20-14) 設(shè)腔內(nèi)振蕩光束的發(fā)散角為θ，則由棱鏡色鏡分光作用，腔內(nèi)激光振蕩譜線的最小波長(zhǎng)間隔為： Δλmin=1/Dλ·θ(20-15) Δλmin=(n2(1-sin2iB))1/2/2siniB·dn/dλ·θ(20-16) 若取θ=1mrad（毫弧度）則Δλmin≈1nm。 氬離子激光器的488nm和514.5nm譜線可用此法將它們分開(kāi)。 ②光柵色散腔。這種色散腔用一反射光柵來(lái)代替諧振腔的一個(gè)反射鏡。由光柵方程： s(sina1+sina2)=Kλ(20-17) 式中d為光柵常數(shù)，a1為入射角，a2為反射角，K＝0、1、2、3……為干涉主極大的級(jí)數(shù)。 光柵角色散率 D=da2/dλ=K/dcosa2=d(sina1+sina2)/λdcosa2=sina1+sina2/λcosa2(20-18) 當(dāng)a1=a2=a0（光柵閃耀角）時(shí)： D=2tga0/λ(20-19) 激光腔內(nèi)允許的光束發(fā)散角為θ，由由于光柵色散而允許的振蕩譜線寬度應(yīng)為： Δλ=θ/D=λ/2tga0·θ（20－20） 如a0＝30°、θ＝1mrad，在可見(jiàn)光波段可算出Δλ約為零點(diǎn)幾納米（nm）。由此可見(jiàn)，其色散選擇能力比棱鏡更高，而且不存在光束的透過(guò)損耗。可適用于較寬廣的光譜區(qū)域內(nèi)的多種激光器選模。 色散腔法雖能從較寬范圍的譜線中選出較窄的振蕩譜線，但在該譜線的熒光線寬范圍內(nèi)還存在著間隔為Δv=c/2nL的一系列分立的振蕩頻率－多縱模。因此色散腔法還只是粗選，為進(jìn)一步選擇單縱模，尚需采用其它方法。 （2）短腔法。對(duì)于一定的諧振腔，凡是落在熒光線寬范圍內(nèi)，且增益都處于閾值水平線以上的駐波振蕩，均能形成激光振蕩，此即多縱模工作狀態(tài)。 相鄰兩縱模間隔為： Δvq=c/2nL(20-21) 由式（20－21）可知，縱模頻率間隔Δvq是與譜振腔腔長(zhǎng)成反比的，為了在激光增益曲線中獲得單一頻率振蕩，可設(shè)法增大縱模頻率間隔，使其在熒光譜線有效寬度范圍內(nèi)，只存在一個(gè)縱模振蕩。因此可通過(guò)縮小腔長(zhǎng)L來(lái)實(shí)現(xiàn)，此即所謂短腔法選縱模原理。 此法簡(jiǎn)單、實(shí)用，可廣泛應(yīng)用于各種激光器，尤其是小功率氣體激光器。 如He-Ne激光器熒光譜線有效寬度Δvg=1500MHz(相當(dāng)Δλ=0.005nm左右)，當(dāng)L=1m時(shí)， Δλq=c/2nL=3×108m/s/2×1×1m＝150MHz 即該激光器可能有1500MHz／150MHz等于10個(gè)縱模同時(shí)振蕩。 若該激光器的腔長(zhǎng)縮短到10cm，則Δv=1500MHz，此時(shí)就只有一個(gè)縱模能振蕩。 短腔法只適用熒光線寬較窄的激光器，否則會(huì)因腔長(zhǎng)過(guò)短而無(wú)法使用。此外還應(yīng)指出，由于腔長(zhǎng)的縮短，使激光輸出功率明顯下降，故此方法不適用于大功率輸出的激光器。 （3）法布里－珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法。為了克服短腔法的缺點(diǎn)而獲得較大功率輸出的單縱模振蕩，通常在諧振腔中插入一法布里－珀羅標(biāo)準(zhǔn)具來(lái)進(jìn)行縱模的選擇。 法－珀標(biāo)準(zhǔn)具相當(dāng)一塊濾光片，它對(duì)于不同波長(zhǎng)（或頻率）的光按下式具有不同的透過(guò)率： T(λ)=1/(1+Fsinφ/2)(20-22) 式中：F＝4ρ/(1-ρ)2；φ＝π/2λ·Δ；ρ為反射率；φ表示標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)參與多光束干涉兩相鄰二出射光線的位相差；Δ為光程差。 Δ=2ndcosi 故標(biāo)準(zhǔn)具透過(guò)率又可表示為 T(λ)=(1-ρ)2/(1-ρ)2+4ρsin2φ/2(20-23) 透過(guò)率取極大值的條件為： Δ=2ndcosi=Kλ=K.c/v(20-24) 由（20－24）式，可求出具有最大透過(guò)率的相鄰頻率值的間隔為： Δv=c/2ndcosi≈c2nd(20-25) 由前面所述透射光多光束干涉原理可知，標(biāo)準(zhǔn)具反射率ρ越大，則譜線寬度越窄，其選擇性越好。 由此可見(jiàn)，對(duì)于多縱模激光器，在諧振腔中插入一標(biāo)準(zhǔn)具后，我們適當(dāng)?shù)剡x擇標(biāo)準(zhǔn)具的厚度d和反射率ρ，使得標(biāo)準(zhǔn)具的峰值頻率間隔Δv與激光器的熒光線寬相 當(dāng)，從而使得在有效增益線寬內(nèi)，只能通過(guò)一個(gè)縱模，而其余的縱模因透過(guò)率小均被標(biāo)準(zhǔn)具所“濾掉”，從而達(dá)到選縱模的目的。 法－珀標(biāo)準(zhǔn)具選縱模的優(yōu)點(diǎn)在于標(biāo)準(zhǔn)具平行平面板的厚度d可以調(diào)整到很薄，因此對(duì)增益線寬很寬的工作物質(zhì)和氬離子、紅寶石、YAG等也能夠獲得單縱模振蕩，可適用于大功率激光器。 除上述幾種縱模選擇方法外，還有一些其它方法，如復(fù)合腔法及在腔中加金屬薄膜吸收法和加某種可飽和吸收染料介質(zhì)等。方法尚多，在此就不一一列舉了。