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在一個(gè)簡(jiǎn)單的激光器中,，每一個(gè)模式都獨(dú)立地振蕩,，彼此之間沒(méi)有固定的關(guān)系,，本質(zhì)上就像一組獨(dú)立的激光器，它們都以略微不同的頻率發(fā)光,。每種模式中光波的各個(gè)相位都不是固定的,，可能會(huì)因激光器材料的熱變化等因素而隨機(jī)變化。在只有少數(shù)振蕩模式的激光器中,，模式之間的干擾會(huì)導(dǎo)致激光輸出中的拍頻效應(yīng),，導(dǎo)致強(qiáng)度波動(dòng)；在具有數(shù)千個(gè)模式的激光器中,，這些干擾效應(yīng)趨于平均到接近恒定的輸出強(qiáng)度,。
如果不是獨(dú)立振蕩，而是每個(gè)模式運(yùn)行時(shí)與其他模式之間保持固定的相位差,，則激光輸出的行為會(huì)截然不同,。激光模式將周期性地相互干涉，而不是隨機(jī)或恒定的輸出強(qiáng)度,，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的光脈沖或脈沖,。這種激光器被稱為鎖模激光器。這些脈沖在時(shí)間上以τ=2L/c隔開(kāi),，其中τ是光在激光腔中進(jìn)行一次往返所需的時(shí)間,。該時(shí)間對(duì)應(yīng)的頻率正好等于激光器的模式間距
每個(gè)光脈沖的持續(xù)時(shí)間由同相振蕩的模式數(shù)決定。如果有N個(gè)頻率間隔Δν的模式被鎖定,，則整體鎖模帶寬為NΔν,，且該帶寬越寬，激光器的脈沖寬度越短,。實(shí)際上,，實(shí)際脈沖寬度由每個(gè)脈沖的形狀決定，而每個(gè)脈沖的形狀又由每個(gè)縱模的精確振幅和相位關(guān)系決定,。例如,，對(duì)于產(chǎn)生高斯時(shí)間形狀脈沖的激光，最小可能脈沖寬度Δt由下式給出：
值0.441被稱為脈沖的時(shí)間帶寬積，并根據(jù)脈沖形狀而變化,。對(duì)于超短脈沖激光器,，通常假設(shè)雙曲正割平方(sech2)脈沖形狀，給出0.315的時(shí)間帶寬積,。
利用該方程,，可以計(jì)算出與測(cè)量的激光光譜寬度一致的最小脈沖寬度,。對(duì)于光譜寬度為1.5 GHz的氦氖激光器,，與此光譜寬度一致的最短高斯脈沖約為300皮秒；對(duì)于128太赫茲帶寬的鈦寶石激光器,，這個(gè)光譜寬度只有3.4飛秒,。這些值代表與激光器線寬一致的最短高斯脈沖；在實(shí)際的鎖模激光器中,，實(shí)際的脈沖寬度取決于許多其他因素,，例如實(shí)際的脈沖形狀和腔的整體色散。
原則上,，后續(xù)調(diào)制可以進(jìn)一步縮短這種激光器的脈沖寬度,；然而，測(cè)得的光譜寬度將相應(yīng)增加,。
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