激光器中橫向模式

通常對(duì)于光通信用的激光器，波導(dǎo)設(shè)計(jì)用來實(shí)現(xiàn)單一橫向模式。通過調(diào)節(jié)包覆層周圍區(qū)域的厚度、脊型波導(dǎo)器件中脊形的刻蝕深度等，從而得到單模器件。對(duì)于激光器的重要性體現(xiàn)在以下幾方面：

1） 模式形狀會(huì)控制器件的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案。

如上圖，不做脊型波導(dǎo)設(shè)計(jì)的a芯片和窄脊型波導(dǎo)芯片b。遠(yuǎn)場(chǎng)圖案對(duì)相干光源而言，實(shí)質(zhì)就是近場(chǎng)圖案（器件中模式形狀）的傅里葉變換。

單模的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案對(duì)于脊形波導(dǎo)器件是一個(gè)適中的30°發(fā)散角的較遠(yuǎn)的光束，大面積器件的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案則拉的很長(zhǎng)，面內(nèi)發(fā)射幾度，面外非常發(fā)射。對(duì)于后期耦合到光纖是是非困難的。

2）激光器需要單模的第二個(gè)原因：器件實(shí)現(xiàn)真正單波長(zhǎng)非常必要。DFB激光是使用周期光柵制備單模激光器，這是基于有效折射率來反射單一波長(zhǎng)，不同橫向模式具有不同的有效折射率，因此具有DFB光柵的多模波導(dǎo)可以有一個(gè)以上的波長(zhǎng)輸出。

現(xiàn)實(shí)中，介質(zhì)波導(dǎo)只是半導(dǎo)體激光器實(shí)際波導(dǎo)的簡(jiǎn)單一階模型。激光器的波導(dǎo)區(qū)域也是增益區(qū)域，所以折射率具有與增益相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)部分（或者說無電流時(shí)的損耗分量）。

光學(xué)模式成為“增益導(dǎo)向”以及折射率導(dǎo)向，而不需要真正精確的光學(xué)截止設(shè)計(jì)，這種增益導(dǎo)向的趨勢(shì)是偏向單一模式的傳播。實(shí)踐中，根據(jù)折射率分布計(jì)算的遠(yuǎn)場(chǎng)和模式結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，可能與制造器件的測(cè)量值有顯著不同。

作為波導(dǎo)， 半導(dǎo)體激光器將同時(shí)支持TE和TM模式，TE是橫向電場(chǎng)，TM是橫向磁場(chǎng)。但是在半導(dǎo)體量子阱激光器中，發(fā)射的光主要是TE極化。這是基于腔面處，TE和TM模式的反射系數(shù)不同，而且大多數(shù)激光器都本征的高度極化。

對(duì)于TE和TM模式，只有某些離散的角度可以成為導(dǎo)引模式，從而沿波導(dǎo)傳播。就像標(biāo)準(zhǔn)具的中的光，必須經(jīng)過相長(zhǎng)干涉來使標(biāo)準(zhǔn)具支持某個(gè)特定波長(zhǎng)一樣，波導(dǎo)中的光也必須經(jīng)過相長(zhǎng)干涉，讓特定“模式”得以存在，對(duì)應(yīng)于特定的入射角。

在波導(dǎo)的分析中，典型的做法是固定波長(zhǎng)，而自然選擇其傳播的角度，理由是一樣的，假設(shè)腔體中的平面波源自底部邊緣上的所有點(diǎn)，如果往返行程不是波長(zhǎng)的整數(shù)倍的話，相消干涉將最終導(dǎo)致該光波消失。

允許模式的定義是，兩個(gè)等效點(diǎn)之間的凈相位差是2π的整數(shù)倍。