單縱模激光器和多縱模激光器有什么區(qū)別？

  激光技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)與科研的核心工具，其輸出模式的差異直接決定了應(yīng)用場景的邊界。單縱模激光器與多縱模激光器作為兩大主流類型，通過諧振腔內(nèi)振蕩模式的不同，在頻譜特性、光束質(zhì)量及功率輸出上形成鮮明對比。四川梓冠光電將帶你深入解析兩者的技術(shù)差異，并探討其在精密制造、通信及科研領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

  一、頻譜特性的區(qū)別

  單縱模激光器的核心特征在于其諧振腔內(nèi)僅支持單一頻率的激光振蕩，通過色散腔法（如棱鏡或光柵）或標準具選頻技術(shù)，將增益帶寬內(nèi)的其他頻率分量抑制，僅保留單一縱模。這種特性使其頻譜線寬可窄至千赫茲甚至更小，相干長度可達數(shù)百米，遠超普通激光器。例如，在光纖傳感領(lǐng)域，單縱模激光器憑借其超窄線寬特性，可實現(xiàn)納米級應(yīng)變或溫度變化的精確測量。

  多縱模激光器則允許諧振腔內(nèi)多個頻率同時振蕩，其頻譜呈現(xiàn)多峰結(jié)構(gòu)，線寬可達吉赫茲級。盡管各縱模的相位關(guān)系隨機，但通過鎖模技術(shù)（如主動鎖模或被動鎖模），可將這些縱模的相位同步，從而輸出脈寬僅皮秒量級的超短脈沖。這種特性在激光雷達中尤為重要，多縱模激光器可結(jié)合頻率梳技術(shù)，通過多波長并行探測提升三維成像的分辨率與速度。

  二、光束質(zhì)量與功率輸出的區(qū)別

  單縱模激光器通常采用單橫模（基橫模）設(shè)計，光強分布呈高斯型，光束質(zhì)量因子M2接近1，發(fā)散角極小。這種特性使其在微納加工領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。例如，在半導(dǎo)體光刻中，單縱模激光器配合空間光調(diào)制器，可實現(xiàn)亞微米級線寬的圖形轉(zhuǎn)移；在眼科手術(shù)中，其聚焦光斑直徑可控制在50微米以內(nèi)，顯著降低熱損傷風(fēng)險。

  多縱模激光器雖光束質(zhì)量略遜（M2>1.5），但通過增大諧振腔尺寸或采用多模光纖，可實現(xiàn)千瓦級功率輸出。在工業(yè)焊接領(lǐng)域，多縱模激光器憑借其高能量密度，可穿透10毫米以上厚鋼板，實現(xiàn)深熔焊；在激光切割中，其光斑能量分布均勻性更優(yōu)，可減少切割面毛刺，提升加工效率。

  三、應(yīng)用范圍的區(qū)別

  單縱模激光器的應(yīng)用場景高度依賴其頻譜純度與相干性。在量子通信中，其低相位噪聲特性可保障糾纏光子對的穩(wěn)定傳輸；在冷原子干涉儀中，單縱模激光器作為冷卻與操控光源，將原子團溫度降至納開爾文級。此外，其作為泵浦源，可驅(qū)動光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生可調(diào)諧中紅外激光，應(yīng)用于氣體分子光譜分析。

  多縱模激光器則更側(cè)重于高功率與能量轉(zhuǎn)換效率。在激光慣性約束聚變研究中，多縱模激光器通過多束光束時空同步，可實現(xiàn)靶丸的對稱壓縮；在增材制造中，其高功率密度可加速金屬粉末熔融，縮短制造周期。值得關(guān)注的是，多縱模激光器在激光清洗領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)勢，通過調(diào)整縱模數(shù)量，可精準控制表面氧化層的剝離厚度，避免基材損傷。

  單縱模與多縱模激光器的技術(shù)分野，本質(zhì)上是精密控制與功率輸出的矛盾統(tǒng)一。前者以頻譜純度為基石，構(gòu)筑起量子通信、精密測量等領(lǐng)域的科技高峰；后者以能量密度為利刃，開辟了工業(yè)制造、能源開發(fā)的新紀元。隨著超快激光技術(shù)與智能控制算法的融合，兩者之間的界限或?qū)⑦M一步模糊，但其在各自領(lǐng)域的核心價值，仍將是推動激光技術(shù)演進的關(guān)鍵力量。