均一広がりを持つレーザー媒質の利得曲線 (利得スペクトル) と、共振器の損失、受動共振器の共振周波数 (ν−3, ν−2, ν−1, ν0, . . . ) をそれぞれ図 (a) に示す。レーザー発振閾値より下では反転分布密度は励起光強度に比例し、利得 γ は放出光スペクトル関数 g(ν) に比例する (図(a))。励起が強くなっていくと、中心共振周波数 ν0 において単行利得 G = γl は共振器損失と等しくなり ν0 で発振が始まる (図 1.15(b))。この状態になるとさらに励起を強くしても反転分布密度は増加せず、利得曲線は ν0 で共振器損失 (利得閾値) で固定され一定になる。よって、ν0 以外の共振周波数での利得は、共振器損失より下にとどまるため発振しない。しかしながら、発振光強度は励起強度に比例して増加する (図 1.15(c))。すなわち、理想的な均一広がりを持つレーザーは一つの縦モードでのみ発振する。このようなレーザー発振を単一モード発振と言う。

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図:均一広がりの利得曲線

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