この記事では自由空間、透明な均質媒質中、導波管あるいは光共振器における光の伝搬モードについて議論する。あるいは、「モード」という用語はモード発振をも意味し得る。例えば、連続波モード同期、Qスイッチ、単一周波数発振がある。そのような情報については、レーザー発振のモードに関する記事を参照してほしい。

ビームが自由空間や均質媒質を伝搬する際、横の強度プロファイルは概して伝搬中に変化する(図1参照)。しかしながら、伝搬中、自己無撞着な特定の電場分布が存在し、モードと呼ばれている。言及された定義において「自己無撞着」が何を意味するのかは状況による。異なる状況について続く節で議論する。

mode1

Figure 1: シミュレーションしたレーザービームの強度プロファイル進化。プロファイル形状は伝搬中に変化している。これはモードについての場合ではないだろう。

自由空間モード

自由空間(もしくは光学的に均質な媒質)における数学的に最も単純な種類のモードは平面波である。平面波は媒質中の光の位相速度に見合う光学周波数を波長にかけるだけで与えられる波動方程式を満たす。進行方向への伝搬中、もし媒質中で光学的損失や利得が起こる場合、平面波は振動位相とあるいは振幅だけを変化させる。

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