モード同期
最も一般的な能動モード同期技術は、共振器内に設置した定在波電気光学変調器(英語版)を用いる。この変調器は、外部から入力される電気信号により駆動され、共振器内の光に正弦波振幅変調をほどこす。これを周波数領域で考えると、モード周波数νに対して周波数fの振幅変調をかけた結果の信号には、周波数ν − fおよびν + fの側波帯(英語版)が生じる。変調器にモード間隔Δνと同じ周波数を入力する場合、これらの側波帯は、元のモードに隣接する2つのモードに対応します。側波帯は元周波数帯と同相となるため、中央モードと隣接モードとは互いに位相同期される。側波帯がさらに変調器を通ると、ν − 2fとν + 2fのモードが位相同期され、利得帯域幅内のすべてのモードが同様に繰り返し位相同期される。上記のとおり、通常のレーザーはマルチモードであり、ある基底モードから他の全てのモードが生じるような動作はしない。そのため、複数のモードがどのような位相に同期するかを誘導する必要がある。受動的共振器にこのような同期手法を適用した場合、それぞれのモードが元からもつ独立した位相に由来するエントロピーを減衰させる方法がない。この同期手法はカップリングとして説明したほうがよく、複雑な動作をしがちで、きれいなパルスを生じない。カップリングは振幅変調の性質が散逸性である場合にのみ散逸性となり、そうでない場合は位相変調は機能しない。
この過程は、時間領域でも考えることができる。振幅変調器は、共振器を構成する鏡間を跳ね返る光に対して弱い「シャッター」として機能し、「閉じている」ときは光を減衰させ、「開いている」ときは光を通過させる。
単純な平面鏡共振器の場合、許容されるモードは、鏡間距離Lが光の波長λの半分の整数倍という条件を満たす。すなわち、qをモード次数と呼ばれる整数として、L = qλ/2を満たす。
実用上、Lは通常λよりもはるかに大きいため、qの値は大きくなる(およそ10から10)。qの値そのものよりも、任意の2つの隣接するモードqとq + 1の間の周波数差が問題となる。これは、(長さLの真空線形共振器の場合)下式のΔνにより与えられる。
Δ ν = c 2 L {\displaystyle \Delta \nu ={\frac {c}{2L}}}
ここで、cは光速(≈3×10 m/s)である。
上式を使用すると、鏡間距離が30 cmの小型レーザー発振器の縦モード間の周波数間隔は0.5 GHzとなる。したがって、上述したHeNeレーザーの帯域幅1.5 GHz内には最大3つ、Ti:サファイアレーザーの帯域幅128 THz内にはおよそ250,000の縦モードが収まることになる。複数の縦モードが励起される場合、レーザーが「マルチモード」動作していると言い、1つの縦モードのみが励起される場合、レーザーが「シングルモード」動作していると言う。
個々の縦モードにはまた帯域幅があり、通常は発振器のQ値によって決まる(ファブリ・ペロー干渉計を参照)。