Las características físicas del láser

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El láser es un tipo de radiación óptica que utiliza el principio de radiación estimulada de átomos o moléculas para excitar la sustancia de trabajo. Todos los fotones del mismo rayo láser tienen la misma frecuencia, la misma fase y la misma polarización y dirección de propagación. Por lo tanto, el láser es una radiación de luz coherente con buena monocromaticidad, fuerte direccionalidad y brillo extremadamente alto. La tecnología de procesamiento láser es una ingeniería sistemática que integra luz, mecánica y electricidad. También se cruza con muchas disciplinas como la física, los materiales, la maquinaria y la automatización. Es una de las áreas de frontera del desarrollo científico y tecnológico. La tecnología y los equipos láser se han desarrollado rápidamente en los últimos años y han recibido una atención cada vez mayor de países de todo el mundo.

Características del láser

Como luz coherente, el láser tiene muchas características.

Buena monocromaticidad

La esencia de la luz es una especie de radiación de ondas electromagnéticas. Para la radiación de ondas electromagnéticas, cuanto mayor es la longitud de coherencia, más estrecha es la anchura de la línea espectral y más puro es el color, es decir, mejor es la monocromaticidad de la luz. Tomando el láser HeNe como ejemplo, la longitud de coherencia del láser es de aproximadamente 4 × 10⁴metro. Antes de la llegada de los láseres, la mejor fuente de luz monocromática era una lámpara de criptón, que producía una longitud coherente de radiación de luz de aproximadamente 0,78 m. La excitación visible es la fuente de luz más simple del mundo.

Brillo alto

El alto brillo es otra característica sobresaliente del láser. Generalmente, la intensidad de la radiación de luz emitida por la unidad de área emisora de luz ΔS, la unidad de ancho de radiación de luz Δν y el ángulo de divergencia θ se definen como el brillo monocromático B_λ de la fuente de luz.

B_λ = P / ΔSΔνθ² (2.1)

En la fórmula, P es la potencia del láser.

Aunque la potencia total emitida por el sol es alta, el ancho de radiación de luz Δν es muy amplio, el ángulo de divergencia θ es grande y el brillo monocromático es todavía muy pequeño.

Aunque Δν y θ son pequeños, el láser tiene un alto brillo monocromático. Se informa que el brillo monocromático láser B_λ producido por láseres de alta potencia es incluso 100 billones de veces mayor que el del sol.

Fuerte direccionalidad

Puede verse por el mecanismo de generación de láser que bajo la condición del medio de propagación uniforme, el ángulo de divergencia θ del láser solo está limitado por el acoplamiento;

θ = 1,22 λ / D (2,2)

En la fórmula, λ es la longitud de onda y D es el diámetro del punto de la fuente de luz.
La distancia entre la tierra y la superficie de la luna es de aproximadamente 3.8 × 10⁵km. El rayo láser llega a la luna con el mejor enfoque y el diámetro de su punto es de solo decenas de metros.

Buena coherencia

El intervalo de tiempo más largo durante el cual la luz produce coherencia se denomina tiempo de coherencia τ. En el tiempo de coherencia, la distancia más lejana que viaja la luz se llama longitud de coherencia Lc.

L_C = cτ = λ²/ Δλ (2,3)

En la fórmula, c es la velocidad de la luz.
Debido a que el ancho de banda del láser Δλ es muy pequeño, la longitud de coherencia Lc es muy larga. De hecho, si la monocromaticidad es buena, la coherencia es buena y la longitud de coherencia también es más larga.

Energía altamente concentrada

Algunos láseres militares, de aviación, médicos e industriales pueden producir una alta energía láser. Por ejemplo, la potencia de salida de láseres para la fusión nuclear puede ser tan alto como 10¹⁸W. Puede superar la fuerza repulsiva entre núcleos y realizar una reacción de fusión nuclear. Con el desarrollo de la tecnología de pulso ultracorto láser, las personas pueden utilizar la tecnología de amplificación de pulso para obtener láseres. Con potencia máxima de hasta 10¹⁵W de dispositivos láser de zafiro dopado con Ti utilizados para generar pulsos láser extremadamente cortos.

El principio básico de la generación láser

La interacción de la luz y la materia

Supuestos básicos de la teoría atómica

Supuesto del estado estacionario atómico Toda la materia está compuesta de átomos. El sistema atómico se encuentra en una serie de estados de energía discontinuos. Alrededor del núcleo, la órbita de los electrones es discontinua y el átomo está en un estado estable con energía constante. Se llama estado estacionario del átomo y el estado correspondiente a la energía más baja del átomo se llama estado fundamental.

Si el electrón en la órbita exterior del átomo obtiene cierta cantidad de energía del exterior. El electrón saltará al movimiento orbital externo. La energía del átomo aumenta, y en este momento el átomo se llama átomo en estado excitado.

Condiciones de frecuencia El átomo pasa de un estado estacionario E₁ a otro estado estacionario E2. La frecuencia ν está determinada por la siguiente fórmula.

hν = E₂ - E₁ (2.4)

Una especie de luz monocromática corresponde a un fotón producido por la misma transición de un átomo. hν es la energía de un fotón.

La interacción entre el campo de radiación y la materia, especialmente la interacción de co-resonancia, sentó las bases físicas para el advenimiento y desarrollo de los láseres. Cuando la frecuencia de la onda electromagnética incidente es coherente con la frecuencia de resonancia del medio, se producirá una absorción (o ganancia) de resonancia. La generación y la interacción de la luz y la materia implicará la cooperación del campo y el medio.

Absorción estimulada

Suponiendo que los dos niveles de energía del átomo son E₁ y E₂y E₁<E₂ Si hay un fotón con la fórmula (2.4) que satisface la energía irradiado, el átomo puede absorber la energía de este fotón y pasar del nivel E bajo.₁ Estado al alto nivel El E₂ estado. Este tipo de absorción atómica de fotones y la transición de un nivel de energía bajo a un nivel de energía alto se denomina proceso de absorción estimulada del átomo (Figura 2.2).

Radiación espontánea

El estado de un átomo a un alto nivel de energía después de ser excitado es inestable. Generalmente, solo puede permanecer en el orden de 10^-8s. Regresará espontáneamente a un estado de baja energía sin influencia externa y, al mismo tiempo, irradiará energía al mundo exterior. Para el fotón con hν = E₂-MI₁, este proceso se denomina proceso de emisión espontánea del átomo. La radiación espontánea es aleatoria, la dirección de emisión y la fase inicial de cada fotón de radiación son diferentes y la radiación de cada átomo es independiente entre sí, por lo que la luz de la radiación espontánea es incoherente Figura 2.1.

Emisión estimulada y amplificación óptica

Un átomo en un nivel de energía de estado excitado, si es excitado por un fotón con energía externa hν y fórmula satisfactoria (2.4) antes de que emita una emisión espontánea, puede pasar de un estado de alta energía a un estado de baja energía, y en Al mismo tiempo, emiten fotones con la misma frecuencia, misma fase, misma dirección, e incluso el mismo estado de polarización con fotones externos. Este proceso se llama emisión estimulada de átomos [Figura 2.2]

Si un fotón incidente desencadena una emisión estimulada y agrega un fotón, estos dos fotones continúan desencadenando la emisión estimulada y agregan dos fotones más, y luego cuatro fotones se multiplican en ocho fotones ... y así sucesivamente, bajo la acción de un fotón incidente, el sistema atómico puede obtener una gran cantidad de fotones con exactamente el mismo estado y características. Este fenómeno se llama amplificación óptica. Por tanto, el proceso de emisión estimulada provoca que el sistema atómico irradie una gran cantidad de fotones con la misma frecuencia, la misma fase, la misma dirección de propagación y el mismo estado de polarización que la luz incidente, es decir, fotones idénticos. La amplificación de la luz causada por la radiación estimulada es un concepto básico importante en el mecanismo de generación del láser.

Reversión de la población

De la definición de emisión espontánea y emisión estimulada, se puede ver que la emisión espontánea del mecanismo emisor de luz de las fuentes de luz ordinarias es dominante, pero la emisión de láseres es principalmente emisión estimulada de átomos. Para hacer que la radiación estimulada domine el sistema atómico y siga emitiendo láseres. Deberíamos intentar cambiar la distribución del sistema atómico cuando está en equilibrio térmico para que el número de átomos a niveles de energía altos siga superando el número de átomos a niveles de energía bajos, es decir, se logre el número de partículas.

Para lograr la inversión de la población, se debe ingresar energía al sistema desde el exterior. Para que la mayor cantidad posible de partículas del sistema absorban energía. Luego haga la transición de un nivel de energía bajo a un nivel de energía alto. Este proceso se denomina proceso de excitación o bombeo. Los métodos de excitación generalmente incluyen excitación por luz, excitación por descarga de gas, excitación química e incluso excitación por energía nuclear. Por ejemplo, los láseres de rubí usan excitación óptica, los láseres de helio-neón usan excitación eléctrica y los láseres de colorante usan excitación química.

Producción láser Condiciones

En una sustancia de trabajo que ha logrado inversión de población (como excitación de luz o excitación eléctrica), se puede dominar la radiación estimulada, pero el fotón que primero desencadena la radiación estimulada se genera por radiación espontánea y la radiación espontánea es aleatoria. Por lo tanto, la amplificación de la luz lograda por la radiación estimulada también es aleatoria y desordenada en general. Requiere que se agreguen una serie de dispositivos.

Cavidad óptica

Se instalan dos espejos paralelos entre sí en los dos extremos del material de trabajo. Se forma una cavidad de resonancia óptica entre los dos espejos. Uno de los cuales es un espejo de reflexión total y el otro es un espejo de reflexión parcial.

Entre los fotones emitidos en todas las direcciones, excepto los fotones que se propagan a lo largo de la dirección axial. Todos abandonan rápidamente la cavidad resonante óptica, y solo la luz a lo largo de la dirección axial se amplifica continuamente, formando oscilaciones en la cavidad hacia adelante y hacia atrás. Por lo tanto, en el tubo láser, la luz ajustada por pasos se amplifica continuamente para formar luz con mayor amplitud. De esta forma, la luz se refleja hacia adelante y hacia atrás entre los espejos que son paralelos entre sí en ambos extremos del tubo. Luego, la luz completamente amplificada pasa a través de un espejo parcial para emitir luz monocromática con la misma fase.

Condición de umbral de oscilación de la luz

Desde el punto de vista energético, aunque la oscilación de la luz aumenta la intensidad de la luz, la absorción, la desviación y la proyección de la luz en las dos caras frontales y el medio al mismo tiempo debilitarán la intensidad de la luz. Solo cuando la ganancia es mayor que la pérdida, se puede emitir el láser. Requiere que la sustancia de trabajo y la cavidad resonante cumplan con la condición de “ganancia mayor que la pérdida”, también llamada condición de umbral.

Condiciones de frecuencia

El papel de la cavidad resonante óptica no solo aumenta la longitud efectiva L de propagación de la luz. Pero también forma una onda estacionaria de luz entre los dos espejos. De hecho, la única luz que satisface las condiciones de onda estacionaria puede amplificarse mediante radiación estimulada.

De L = kλ_norte/ 2 (k = 1,2,3…), λ_norte= c / nν, tenemos

ν = kc / 2nL o Δν = c / 2nL (2.5)

En la fórmula, n es un número entero y c es la velocidad de la luz.
La frecuencia ν generada por la radiación estimulada en el tubo láser se puede obtener de la ecuación (2.4)

ν = (E₂ - E₁ ) / h (2,6)

En la fórmula, h es la constante de Planck.

Para hacer que la frecuencia cumpla con la fórmula (2.5) y la fórmula (2.6). Es necesario ajustar la longitud de la cavidad de la cavidad resonante. En resumen, las condiciones básicas para formar un láser son las siguientes.

• La sustancia de trabajo puede lograr la inversión de la población bajo la excitación de la fuente de excitación.
• La cavidad de resonancia óptica puede amplificar continuamente la radiación estimulada. Es decir, cumpla la condición de umbral de que la ganancia sea mayor que la pérdida.
• Satisfacer las condiciones de frecuencia de la fórmula (2.5) y la fórmula (2.6)

Parámetros característicos de la calidad del rayo láser

Los láseres se han utilizado ampliamente en muchos campos, por lo que los requisitos de calidad del rayo láser son cada vez más altos. Los parámetros del haz (como la distribución de la intensidad de la luz, el ancho del haz y el ángulo de divergencia, etc.) son factores importantes que determinan el efecto de las aplicaciones láser. Cómo utilizar un método simple, preciso y práctico para medir y evaluar la calidad del haz de los láseres emitidos por láseres se ha convertido en un tema clave en la investigación de la tecnología láser. Los investigadores han utilizado parámetros característicos de enfoque del rayo láser K_F, límite de difracción múltiple M² factor, ángulo de divergencia de campo lejano θ₀, factor múltiple del límite de difracción del haz β y relación de Strehl S_r para evaluar la calidad del rayo láser, pero estos métodos son adecuados para diferentes La evaluación de la calidad del láser de la aplicación no ha logrado formar un estándar unificado para evaluar la calidad del rayo láser.

Parámetro característico de enfoque del haz K_F

El parámetro característico de enfoque del haz Kf, también conocido como producto del parámetro del haz (BPP, producto de parámetros del haz), se define como 1/4 del producto del diámetro de la cintura del haz d₀ y el ángulo de divergencia de campo lejano del haz θ₀

K_F= d₀θ₀/4 (2.7)

La ecuación (2.7) describe el principio de que el producto del diámetro de la cintura del haz y el ángulo de divergencia del campo lejano es constante, y K_F es una constante en todo el sistema de conversión de transmisión del rayo, que es adecuado para evaluar la calidad del rayo láser en el campo industrial

El límite de difracción múltiple M² factores

En 1988, AE Siegman definió el producto del ancho del haz expresado por el segundo momento basado en el umbral espacial del haz real y el umbral de frecuencia espacial como la calidad del haz M² factor, que es equivalente a la cantidad infinita de información que describe la amplitud compleja de la onda de luz, a través de la forma rectangular de segundo orden para extraer el factor de combinación, una descripción más razonable de la calidad del rayo láser, fue adoptada por la Organización Internacional para Estandarización 1SO / TC172 / SC9 / WG1 proyecto de norma en 1991. El M² el factor se define como

M2 = (diámetro real de la cintura del haz x ángulo de emisión real del campo del haz) / (diámetro ideal de la cintura del haz x ángulo de emisión del campo ideal del haz) = (πd0θ0) / (4λ) (2.8)

En la fórmula, d₀ es el diámetro de la cintura del rayo láser: θ₀ Es el ángulo de divergencia de campo lejano; λ es la longitud de onda.

Ellos² El factor es un parámetro de uso común para evaluar la calidad de los rayos láser y también se denomina factor de calidad del rayo. Sin embargo, cabe señalar que la definición de la M² El factor se basa en la definición de matriz de segundo orden del ancho del haz en el umbral espacial y el umbral de frecuencia espacial. La anchura de la cintura del rayo del rayo láser se determina mediante la distribución de la intensidad de la luz en la sección transversal de la cintura del rayo, y el ángulo de divergencia del campo lejano se determina mediante la distribución de fase. Por lo tanto, la M² El factor puede reflejar la distribución de intensidad y las características de distribución de fase del campo de luz, y caracteriza la medida en que un haz real se desvía de la velocidad de divergencia de difracción límite. Cuanto mayor sea la M² factor, más rápido es el rayo que marca una divergencia.

Ángulo de divergencia de campo lejano θ

Suponiendo que el rayo láser se transmite a lo largo del eje z, el ángulo de divergencia de campo lejano es θ0, expresado por la fórmula de la asíntota como

θ₀= lim = (w (z)) / z (2.9)

En la fórmula, w (z) es el radio de la cintura del rayo cuando el láser se propaga al eje z. El ángulo de divergencia de campo lejano caracteriza la característica de divergencia del proceso de propagación del haz, obviamente, θ₀ Cuanto mayor sea la divergencia del haz, más rápido. En la medición real, después de enfocar o expandir el rayo láser medido usando un sistema óptico de enfoque o un sistema de enfoque de expansión de haz, la relación entre el ancho del haz medido en el plano focal y la distancia focal del sistema óptico de enfoque se usa para obtener la distancia -Ángulo de divergencia de campo. Por θ₀, el tamaño se puede cambiar mediante la expansión o el enfoque del haz (como el uso de un telescopio para expandir el haz), por lo que no es preciso utilizar el ángulo de divergencia de campo lejano como criterio de calidad del haz.

Brillo del rayo láser B

El brillo es un parámetro importante que describe las características de los láseres. Según los conceptos ópticos tradicionales, el brillo de un rayo láser se refiere a la energía emitida por un área unitaria de la superficie de la fuente de luz perpendicular a un ángulo sólido unitario, expresado como

B = P / ΔSΔΩ (2.10)

En la fórmula, P es la potencia (o energía) total emitida por la fuente de luz; ΔS es el área emisora de luz de la fuente de luz de la unidad; ΔΩ es el ángulo sólido de emisión. El rayo láser se transmite en un medio sin pérdidas o en un sistema óptico sin pérdidas, y el brillo de la fuente de luz permanece sin cambios.

Factor de calidad de haz equivalente M²_mi

Dado que dentro del tamaño del punto equivalente definido por el momento de segundo orden, el porcentaje de la potencia del haz con respecto a la potencia total depende de la distribución del campo de luz, un método para describir la calidad del haz estipula: el tamaño del punto de la cintura del haz y el -Ángulo de divergencia del campo definido en el área, la relación entre la potencia del láser y la potencia total es 86.5%, y su factor de calidad del haz equivalente es

METRO²_mi = πω86.5θ86.5 / λ (2.11)

En la fórmula, ω es el radio de cintura de la viga; θ es el ángulo de divergencia de campo lejano.

Límite de difracción del haz factor múltiple β

Desde el ángulo de divergencia de campo lejano θ. El valor β se puede definir como

β = (ángulo de divergencia de campo lejano del haz real) / (ángulo de divergencia de campo lejano del haz ideal) = θ₀/ θ_th (2.12)

El valor β caracteriza el grado en el que la calidad del rayo del rayo láser medido se desvía de la calidad ideal del rayo en las mismas condiciones. El valor β del láser medido es generalmente mayor que 1. Cuanto más cercano esté el valor β a 1, mejor será la calidad del haz. β = 1 es el límite de difracción. El valor β se utiliza principalmente para evaluar el rayo láser que acaba de emitir el resonador láser. Puede evaluar razonablemente la calidad del haz de campo cercano. Es un índice de rendimiento estático y no considera el efecto de la atmósfera sobre la turbulencia de dispersión del láser. La medición del valor β depende de Para la medición precisa del ángulo de divergencia de campo lejano del haz, no es adecuado para evaluar haces de larga distancia.

Relación de Strehl S_r

Relación de Strehl S_r Se define como

S_r= (pico de intensidad de luz en el eje óptico real) / (pico de intensidad de luz en el eje óptico) / = exp- (2π / λ) 2 (ΔΦ) 2 (2.13)

En la fórmula, ΔΦ se refiere a la distorsión del frente de onda que causa la degradación de la calidad del haz. S_r refleja la intensidad máxima de la luz en el eje del campo lejano. Depende de la distorsión del frente de onda y puede reflejar mejor la influencia de la distorsión del frente de onda del haz en la calidad del haz. La relación Strehl se utiliza a menudo en óptica atmosférica, principalmente para evaluar el rendimiento de los sistemas de óptica adaptativa para mejorar la calidad del haz. Pero S_r solo refleja la intensidad de luz máxima en el eje óptico de campo lejano y no puede dar la distribución de intensidad de luz que preocupa a las aplicaciones de energía. Además, solo puede reflejar de forma aproximada la calidad del haz y no puede proporcionar una guía muy útil en el diseño de sistemas ópticos.

Valor BQ de la relación de energía circundante

La relación de energía circundante, también conocida como la relación de potencia en la superficie objetivo (o en el barril), se define como la energía circundante (o potencia) del lugar real dentro del tamaño especificado y la energía circundante (o potencia) del lugar ideal dentro del mismo tamaño y el ideal dentro del mismo tamaño La raíz cuadrada de la relación de la energía (o poder) que rodea el lugar. Su expresión es

BQ = √ (E / E₀) o BQ = √ (P / P₀) (2.14)

En la fórmula, E₀ (O P₀) y E (o P) son respectivamente la energía (o potencia) circundante del punto de haz ideal y la energía (o potencia) circundante del punto del haz real medida dentro del tamaño especificado en el objetivo. El valor BQ es para transmisión y acoplamiento de energía. Este tipo de aplicación combina la concentración de energía del haz en el objetivo para evaluar la calidad del haz de campo lejano. El valor de BQ incluye factores atmosféricos. Es un índice completo que describe la calidad del haz desde la perspectiva de las aplicaciones de ingeniería y los efectos del daño y es un índice dinámico del sistema láser afectado por la atmósfera. El valor de BQ conecta directamente la calidad del haz y la densidad de potencia y es un reflejo de la concentración de energía. Tiene importancia práctica para el estudio del acoplamiento de energía y los efectos destructivos del láser fuerte y el objetivo.

Además de los parámetros anteriores, la pureza de modo, la coherencia espacial y la coherencia global se utilizan a menudo para describir la calidad del haz de los láseres. Varios parámetros para evaluar la calidad del haz tienen sus propias ventajas y limitaciones. La Tabla 2.1 resume las ventajas y desventajas de varios parámetros y campos aplicables.

Parámetros	Ventajas	Limitaciones	Aplicaciones
KF	Solo incluye los dos factores del diámetro del haz y el ángulo de divergencia de campo lejano del haz.	No puede reflejar la distribución espacial de la intensidad de la luz.	Es adecuado para campos industriales.
METRO2 factor	Pueden reflejar objetivamente el ángulo de divergencia de campo lejano y el contenido del modo de orden alto del haz y pueden analizar y caracterizar la relación de transformación de transmisión del haz.	La introducción de parámetros de longitud de onda no es adecuada para comparar la calidad de los rayos láser de diferentes longitudes de onda.	El ancho y la divergencia del haz se definen en función del ángulo de momento de segundo orden, adecuado para el campo de transmisión lineal del haz.
θ0	Caracteriza el grado de divergencia del haz.	No se puede reflejar la distribución espacial de la intensidad de la luz.	Comprensión simple de las características del haz
B	Caracteriza la coherencia del haz	No se puede reflejar la distribución espacial de la intensidad de la luz.	Display e iluminación
METRO2mi	Define el ancho del haz de acuerdo con 86.5% de la intensidad de luz	La introducción de parámetros de longitud de onda no es adecuada para comparar la calidad de los rayos láser de diferentes longitudes de onda.
β	Solo es necesario medir un parámetro de θ	θ se puede cambiar, la selección de haz estándar no es uniforme	La evaluación de la calidad del rayo láser de cavidad inestable
Sr	Puede reflejar objetivamente la intensidad máxima de la luz en el eje.	No se puede reflejar la distribución espacial de la intensidad de la luz.	Óptica atmosférica y radar óptico
Válvula BQ	Refleja la concentración de energía en el punto focal en el campo lejano del haz.	La potencia en el cañón se puede obtener a partir de diferentes distribuciones de energía del haz.	Se evalúa la calidad del rayo láser de cavidad inestable
Modo de pureza	Una medida de la desviación de la distribución real de la intensidad del haz de la distribución ideal de la intensidad del haz.	No universal
Coherencia espacial	Refleja la coherencia espacial del haz	No universal
El grado de coherencia global	Refleja la coherencia espacial del haz	No universal

La forma de salida del rayo láser.

La forma espacial del rayo láser está determinada por la cavidad resonante del láser. En determinadas condiciones de contorno, la distribución del campo electromagnético en la cavidad resonante se determina resolviendo la ecuación de onda. En una cavidad circular simétrica, hay una forma espacial simple del campo electromagnético transversal.

La distribución transversal del campo electromagnético en la cavidad se denomina modo transversal en la cavidad, que se expresa por TEM_Minnesota. TEM₀₀ representa el modo fundamental, TEM₀₁, TEM₀₂ y TEM₁₀, TEM₁₁, TEM₂₀ representan modos de orden inferior y TEM₀₃, TEM_04, y TEM₃₀, TEM₃₃, TEM₂₁, etc.representan modos de orden superior. La salida de la mayoría de los láseres es el modo de orden superior. Para obtener la salida del modo fundamental o del modo de orden inferior, es necesario adoptar la tecnología de selección de modo.

En la actualidad, las técnicas de selección de modelos más utilizadas se basan en aumentar la pérdida de difracción en la cavidad. Un método consiste en aumentar la longitud de la cavidad utilizando una cavidad multirrefractiva para aumentar la pérdida por difracción en la cavidad. El otro método consiste en reducir el diámetro del tubo de descarga del láser o aumentar la longitud de la cavidad. Se agrega un diafragma de pequeña apertura a la cavidad. La pérdida por difracción del haz en modo fundamental es muy grande y puede alcanzar el límite de difracción, por lo que el ángulo de divergencia del haz en modo fundamental es pequeño. Desde la perspectiva de aumentar la eficiencia de bombeo del láser, el volumen del modo de cavidad debe llenar todo el medio activo tanto como sea posible, es decir, en el láser de tubo largo, el TEM₀₀ la salida del modo domina, mientras que en el modo de oscilación láser de alto orden, el modo fundamental solo representa una pequeña cantidad de la potencia del láser. Parte, por lo que la potencia de salida del modo de orden superior es grande.