レーザー共振器と横モード

すなわち，TEM₀₁モードは上下に2つの明るいスポットがあり，ビームの中心の光強度はゼロです。TEM₁₀モードはTEM₀₁モードと直角の方向，左右に明るい2つのスポットと中心の強度がゼロです。また，TEM₁₁モードは，4つの明るい点を持っていますが，この場合もビームの中心はゼロの強度です。TEM₀₀モードは，進行している光波のすべての部分がそろっていますので，レーザーにとってはもっとも望ましいものです。

それ以外のモードは，いずれも共振器の中心を通る軸から外れて進む波によって形成されます。したがって，軸上を進む波のみを使うように中心軸上に小さな絞りをいれると，TEM₀₀モードだけを作ることができます。

TEM₀₀モードは，光線のどこをとっても同じ形の強度分布を持っています。レンズなどで絞っても同じ分布となり，さらに集光ビームのスポット径を小さくしてパワー密度（単位面積当たりの光パワー）を高くすることができます。

一方，用途によっては他のモードが有利な場合もあります。レーザービームの特性を良く知って，用途によって使い分けましょう。これが，頭の良いレーザー利用術です。

図4のように，半径Dのレーザービームを焦点距離Fの凸レンズで集光する場合，レンズの焦点位置におけるビームの直径2dは

2d＝(4λ/π)(F/D)M²

で計算できます。また，ビーム径が$$\sqrt{2d}$$になる距離を焦点深度と言い，

b＝(8λ/π)(F/D)²M²

で計算できます。レンズで集光する場合，これらの2つの数値が重要になってきます。TEM₀₀のガウスビームの場合はM²＝1ですが，高次の横モードが含まれている場合，ビーム品質が低下し，レンズでの集光特性が悪くなります。その程度を表すのが，このM²（エムスクエア）です。レーザー製品のカタログを見ますと，M²の値が書いてあります。レンズで絞って使う場合は，この数字の小さいものを使いましょう。