В простом лазере, каждая из этих мод будет колебаться самостоятельно, без фиксированного соотношения между собой и другими модами, в сущности, как набор независимых лазеров, излучающих свет в немного разных частотах. Отдельные фазы световых волн в каждой моде не являются фиксированными и могут изменяться случайным образом из-за таких факторов, как тепловые колебания конструкции лазера. В лазерах, поддерживающих всего нескольких осциллирующих мод, интерференция между модами может вызвать эффект биение на выходе лазера, что приводит к случайным колебаниям интенсивности; в лазерах со многими тысячами мод, эти интерференционные эффекты, как правило, усредняются до почти постоянной интенсивности на выходе, и такой режим работы называется непрерывным излучением.
Если вместо независимых колебаний, каждая мода колеблется с фиксированными соотношениями между своей фазой и фазами других мод, выходная мощность лазера ведет себя совсем иначе. Вместо случайной или постоянной интенсивности на выходе, моды лазера будут периодически интерферировать друг с другом, создавая всплеск интенсивности или импульс света. Такой лазер называется лазером с синхронизацией мод или лазером с синхронизацией фаз. Эти импульсы разделены во времени на τ = 2L/c, где τ это время, за которое свет совершает полный обход резонатора лазера. Это время соответствует частотному интервалу между любыми двумя соседними модами, Δν = 1/τ.
Продолжительность каждого импульса света определяется количеством мод, которые колеблются в одной фазе (в реальном лазере не всегда верно, что все моды лазера будут синхронизированы по фазе). Если синхронизировано N мод с частотным интервалом Δν, то общая ширина синхронизированных мод NΔν, и это значение тем шире, чем короче длительность импульса лазера. На практике фактическая длительность импульса определяется формой каждого импульса, которая в свою очередь определяется точным соотношением амплитуды и фазы каждой продольной моды. Например, для лазера, генерирующего импульсы гауссовой формы, минимально возможная длительность импульса Δt определяется формулой:
Используя это уравнение, можно рассчитать минимальную длительность импульса в соответствии с измеренной шириной спектра лазера. Для гелий-неонового лазера с шириной спектра 1,5 ГГц, самый короткий гауссов импульс с этой шириной спектра будет иметь длительность импульса около 300 пикосекунд; для титан-сапфирового лазера с шириной полосы 128 ТГц, эта длительность импульса всего 3,4 фемтосекунды. Эти значения соответствуют самым коротким из возможных гауссовых импульсов в соответствии с длиной резонатора лазера; в реальном лазере с синхронизацией мод, фактическая длительность импульса зависит от многих других факторов, таких как реальная форма импульса и общая дисперсия среды.Следует отметить, что для такого лазера последующие модуляции в принципе могут сократить длительность импульса ещё больше, однако измеренная спектральная ширина при этом будет соответственно увеличена.
