マルチモードとシングルモード

質問

両者の違いは何ですか？
モードを表す指標の一つにTEM00などがありますが、TEM00=シングルモード、それ以外はマルチモードと認識しています。

しかし、レーザ光を測定したときに、どうみてもTEM00なのに、マルチモードだというのがありました。
その根拠は、ピークが上下すること、ピークの位置が中心に定まらず、中心付近をぐるぐる回っているような波形だからだそうです。

横モードが目玉のおやじ（←こんな例えしか浮かびませんが…）みたいな状態であるのに、つまりTEM00に見えるのに、シングルモードではないということはあるのですか？

また、どのような条件が揃ったときに、シングルモードと言えるのでしょうか？

ご回答、お願い致します。

回答No.1

walkingdic

まず、そもそもＴＥＭｘｙというのが何であるかというのはご存知なのでしょうか。
その意味を知らないで話をしても話が先に進みません。
詳細な計算はたとえば「光エレクトロニクスの基礎」（Ａ．Ｙａｒｉｖ著、丸善）などをごらんいただくとして、簡単に説明すると、これはガウスビームを表します。
ガウスビームのうち、特にモード００、つまりＴＥＭ００のモードのことを基本ガウスビームといい、いわゆる光の強度分布がガウス分布になるものです。
ガウス分布とは、その光強度が中心からの距離をｒとしたときに、ｅｘｐ（－ｒ＾２）となる分布です。
（ちなみにモードが００以外のガウスビームを高次のガウスビームといいます）

さて、実際のレーザーにおいて、その強度プロファイルが完全にガウシャン（ガウス分布）であるならば、ＴＥＭ００といえます。しかしながら現実のレーザーは複雑です。
実際のレーザビームの強度分布はこれらが複合したものになるのが通例です。

つまり非常に単純に言えば完全なガウスビームではない－＞複数のモードのガウスビームが混在している－＞モードが複数混在しているからマルチモードということです。

ちなみにどの程度基本ガウスビームに近い形をしているのかという指標にＭ＾２ファクターという評価基準を用意しています。レーザーのカタログＭ＾２が１の時には完全にガウスビームでありシングルモードです。
しかし実際のレーザは１．１とか１．０５とかの数値になります。