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激光原理试卷

广东工业大学考试试卷( A )

课程名称: 激光原理与技术试卷满分100 分

考试时间: 2007年6月18日 (第16周星期一)

一、选择题（每题3分，共30分）

1.世界上第一台激光器是（）

(A)氦氖激光器． (B)二氧化碳激光器． (C)钕玻璃激光器． (D)红宝石激光器．

(E)砷化镓结型激光器．

2.按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所产生的光的特点是：（） (A)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是

不相干的．

(B)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光

是相干的．

(C)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光

是不相干的．

(D)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是

相干的．

3．氦-氖激光器属于典型的（）系统

（A ）二能级（B ）三能级（C ）四能级（D ）多能级

4．体积3

cm 1=V ，线宽nm 10=?λ，中心波长60nm ，模式数目为（）

20201012104 (D) 102 (C) 104 (B) 102

)A (???? 5．多普勒加宽发生在（）介质中

6．半共心腔在稳定图上的坐标为（d ）（A ）（-1，-1）（B ）（0，0）（C ）（1，1）（D ）（0，1）

7．对于均匀增宽介质，中心频率处小信号增益系数为)00

(v G ，当s I I =时，

饱和显著，非小信号中心频率增益系数为：（c ）（A ） )00

(v G （B ）

)00

(2v G （C ） )00(21v G （D ）

)00

(31v G 8．.一平凹腔,其凹面镜的半径R 等于腔长L,它是(b )

（A ）稳定腔（B ）临界腔（C ）非稳腔

9.能够完善解释黑体辐射实验曲线的是( c )

（A ）瑞利-金斯公式（B ）维恩公式（C ）普朗克公式（D ）爱因斯坦公式

10.腔长为0.5米,μ=1.5,纵模间隔为b( )

（A ）HZ 8105.1? （B ）HZ 8

102? （C ）HZ 8103? （D ）HZ 8

104?

二、填空题（共20分）

稳定腔的一块反射镜的曲率半径R1＝4L ，求另一面镜的曲率半径取值范围

。(5分)

2.一共焦腔(对称)L ＝0.40m ，λ＝0.6328μm ，束腰半径mm w 2.00=，离腰56cm 处的光束有效截面半径为。(5分)

3. 下图是红宝石的能级结构和跃迁示意图。请说明图中以下符号的意义，(每空2分，共10分)

①W 13 、 ②W 21

③E 2 、 ④E 1 、

⑤A 21 。三、计算题（共40分） 1．（12分）(1) 一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm -1、光通过10cm 长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几? (2) —光束通过长度为1m 的均匀激活的工作

物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。

2．（14分）试从]

1))(2[(21)(2

s 1-+=t a v LG I At v P D 式出发，证明用最佳透射率表示的

非均匀增宽激光器的最佳输出功率为：

3．（14分）考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔，波长λ＝0.5145μm ，腔长

L ＝1m ，腔镜曲率半径R 1=1.5m ，R 2=4m 。试计算光腰尺寸和位置及焦参数。

W 13

ω32

W 21

A 21

E 3

E 1

E 2

2()

m m s

m t P AI a t =-

四、简答题（10分）

1．连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？为什么？

广东工业大学试卷参考答案及评分标准 ( )

课程名称: 激光原理与技术。考试时间: 2007年 6月 18 日 (第16 周星期一 )

一、单项选择题（每题3分，共30分）

1（ D ）、 2（ B ）、3（ C ）、4（ C ）、5（ C ）

6（ D ）、7（ C ）、8（ B ）、9（ C ）、10（ B ）

二、填空题（20分）

1．（5分）

2 0.6mm （5分）

3 .（每空2分，共10分）

① 受激吸收几率(激励几率) ② 受激发射几率

③ 激光上能级、 ④ 基态能级, 又是激光下能级, 也是抽运能级、

⑤ 自发发射几率

三、计算题（共40分）解：（1）（12分）

∵Az

I z I -=)0()( （2分）

∴368

.01

)0()(10001.0===?-e e I z I （3分）

（2）Gz e I z I )0()(= （2分）

2)0()

(1==∴

?G e I z I （2

分）

R L R 322-<>或

得

ln-

693

（3分）

2．（14分）

证明：由

201112()1()12D

s LG P At I a t νν??????

=- ?+??????，等式两边对t 求导，并令其为零（3分）

得：0]])(2[22[21]1)2[(212

2=+-?+?+-+=??t a LG t a LG AtI t a LG AI t P s s

（3分）

整理上式可得：322)()(4t a t a G L +=-，

即：

t a t a LG -+=

)()2(

（3分）

式中t 即为最佳透射率t m ，则最佳输出功率（2分）

m m m s m m

s m m t a t AI t a t a t a I At t a LG I At P -=-+-+=-+=2

]1)()()([21

]

1)2[(21

（3分）

3（14分）解：（1）束腰半径

L R R L R R L R L R L 348666.0]5

.35.45.1)105145.0[(

])

2())()(()[(4

21212120=??=-+-+--=-π

πλω

（3分）

（2）束腰位置

5.33)2()(2121=

=-+-=

L R R L R L z m ；

m z L z 7

176112=-

=-=

（2分）

（3）两镜面上的光斑尺寸分别为：

m m

L R R L R L L R R L s 532596.0]5

.45.0325.2[105145.0])

)(()

([41

2112211=????=

-+--=-π

πλω

（3分）

m m

L R R L R L L R R L s 355064.0]5

.435.016[105145.0])

)(()

([41

121212

22=????=

-+--=-π

πλω

（3分）

（4）焦参数

m L

R R L R R L R L R L f 7

2.55.36

.25.35.435.02)

)()((212121==

??=

-+-+--=

（3分）

四、简答题（10分） 1．答：不会

（2分）因为连续激光器稳定时增益系数为，

G 0为小信号增益系数，I 为腔内光强，I s 为饱和光强。（3分）

因此，当满足阈值条件以后，当外界的泵浦功率增加时，腔

内光强增加，引起增益饱和作用，则增益下降。（2分）

在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，不会

随泵浦功率的提高而增加。（3分）

阈G I I G G s =+=210

考试时间: 第 18 周星期五 ( 2007年1 月 5日)

一单项选择（30分）

1．在一定温度下，自发辐射几率是受激辐射几率的（ B ）倍

8 )D ( 8 )C ( 8 )B ( 8 )A (32

33333c

v c hv c hv c v ππππ

2．粒子数反转分布状态微观粒子满足（D ）

（A ）费米分布（B ）高斯分布（C ）玻尔兹曼分布（D ）负温度分布

3．碰撞增宽谱线为（ C ）

（A ）高斯线型（B ）抛物线型（C ）洛仑兹线型（D ）双曲线型

4．CO 2谱线的多普勒增宽为53MHz ，中心频率所对应的谱线函数极大值为（ A ）

Hz 101.7 )D ( 10Hz 1.7 )C ( Hz 101.7 )B ( s 101.7 )A (8-8-8???? 5．平行平面腔在稳定图上的坐标为（ C ）（A ）（-1，-1）（B ）（0，0）（C ）（1，1）（D ）（0，1）

6．谐振腔的纵模共振频率为（ A ） c

q v c L v L

c v L

c q v q q q q μμμμ2 )D ( 2 )C ( 2 )B ( 2 )A (==

7．对称共焦腔基模光腰为（ A ）

8．对同一种介质，小信号增益系数随（ B ）变化

（A ）谱线宽度（B ）激发功率（C ）粒子数密度（D ）自发辐射几率

9．调Q 激光器通常可获得（ C ）量级短脉冲

广东工业大学考试试卷 ( B )

课程名称:

激光原理及应用

题号一

二三四五六七八九十总分

得分评分人

fs )D ( ns )C ( μs )B ( ms )A (

10．红宝石激光器是典型的（ B ）系统

（A ）二能级（B ）三能级（C ）四能级（D ）多能级

二. 填空（20分）

1．激光束的基本特性是____________________、_________________________

_____________________________、___________________________。（4分）

2．光和物质相互作用产生受激辐射时，辐射光和照射光具有完全相同的特性，这

些特性是指、、和。（4分） 3．激光腔振荡模的特征是、、

、。（4分）

4．He-Ne 激光器是典型的四能级系统，有三条主要激光谱线，其激光谱线及波长

分别为、、

。（6分）

5．若光束通过1m 长的激光介质以后，光强增大了一倍，此介质的增益系数G 为

（2分）

三、计算题（44 分）

1．（8分）静止氖原子4223P S →谱线中心波长为m μ6328.0，求当它以0.1c 速

度向观察者运动时，中心波长变为多大？

2．（8分）腔长为0.5m 的氩离子激光器，发射中心频率0ν＝5.85?l014Hz ，荧光线宽ν?＝6?l08 Hz ，问它可能存在几个纵模?相应的q 值为多少？ (设μ=1))

3．（20分）某激光器()m μλ9.0=采用平凹腔，腔长L ＝1m ，凹面镜曲率半径R ＝2m 。求：

（1）它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置。（2）它产生的基模高斯光束的焦参数。

（3）它产生的基模高斯光束的远场发散角。

4，（8分）He -Ne 激光器辐射6328?光波，其方形镜对称共焦腔，腔长L ＝0.2m 。腔内同时存在00TEM ，11TEM ，22TEM 横模。若在腔内接近镜面处加小孔光阑选取横模，试问：

(1)如只使00TEM 模振荡，光阑孔径应多大？

(2)如同时使00TEM ，11TEM 模振荡而抑制22TEM 振荡，光阑孔径应多大？

四．论述题（6分） 1．（6分）试述调Q 激光器原理。

激光原理及应用（B ）卷答案及评分标准：

一．（30分）

BDCACAABCB 二. （20分）

1. 方向性好、单色性好、相干性好、高亮度 (4分) 2．相位、频率、偏振态、传播方向。（4分）

4． 3S →2P 0.6328μ （2分）

分）散角每一个模的激光束的发分）的相对功率损耗模在腔内往返一次经受分）模的简谐频率分）面内的场的分布）模的电磁场理论（横截(1 (1 (1 (1

2S →2P 1.15μ （2分） 3S →3P 3.39μ （2分） 5． G ＝ln2 m -1 （2分）

三（44分） 1（8分）

解：由多谱勒效应：??

? ??

+='C v v v 100，（两者相互接近时，即相向时， 0>v ）

?? ??+='∴?

??+='∴C v C C C v v v 1100

00λλ （4分）

m C

v 66

0105753.01.1106328.01--?=?=+='λλ （4分）

2．（8分）

解： Hz L c

q 881035

.0121032?=???==?μν，（2分）

21031068

=??=??=q n νν，（2分）

则可能存在的纵模数有三个，它们对应的q 值分别为：

1095.11031085.522?=??=?=

∴=νμμνc L q L

qc ，

q ＋1=1950001， q －1＝1949999 （4分）

3（ 20 分）

解：(1)它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置。 ()()()

()()[]

)(12

2121212L R L R L R L L R R L R L R L f -=-+--+--=

（3分）

代入各数值得：f = 1cm （1分）又R ＝2m ＝2L

可见此平凹腔为半共焦腔（2分）

腰斑半径为：cm f w 3401035.514

.31

109.0--?=??==πλ （3分）

设平面镜距腰斑位置为1z ,凹面镜距腰斑位置为2z ，则

()()()()()()()()()()()???

???

=-+∞--∞?-=-+---==-+∞--?=-+--=m R L R L L R L z R L R L L R L z 1211)1(102111212112

121 （4分）可见腰斑位置z=0刚好在平面镜处。（1分）（2）它产生的基模高斯光束的焦参数。

其产生的基模高斯光束的焦参数即为产生高斯光束的共焦腔焦参数，

即 f = 1cm （1分）

（3）它产生的基模高斯光束的远场发散角： 4（8分）

解：(1)TEM 00模在镜面处的光斑半径为

mm L s 20.02.0106328.06=??==-π

πλω

所以光阑孔径应该为0.2mm （4分）

(2)TEM 11模在镜面处的光斑半径为

mm m s s

35.02.0312=?=+='ωω 所以光阑孔径为0.35mm （4分）

四．（6分） 1（6分）

答：初始时腔的Q 值很低，使腔内的损耗变大，上能级不断积累大量粒子。当在一定的外界激发功率下，上能级上的粒子数积累到最大值，（3分）

突然使谐振腔的Q 值变高，这时激光器的阈值突然降低，聚集在上能级上的粒子立即以极高的速度以雪崩的方式跃迁到低能级上，在瞬间形成极高的光脉冲峰值功率。（3分）

广东工业大学考试试卷( B )

课程名称: 激光原理与技术试卷满分100 分

考试时间: 2007年6月18日 (第16周星期一)

一、单项选择题（每题3分，共30分）

1．原子受激辐射的光与外来引起受激辐射的光具有相同的( b ) ①频率、②发散角、③量子状态、④偏振、⑤传播方向 (A)①②③④ (B)①③④⑤ (C)①②③ (D)③④⑤

2．.在激光器中利用光学谐振腔（ c ） (A)可提高激光束的方向性，而不能提高激光束的单色性． (B)可提高激光束的单色性，而不能提高激光束的方向性． (C)可同时提高激光束的方向性和单色性.

(D)既不能提高激光束的方向性也不能提高其单色性．

3．自然加宽是由于（ a ）引起

（A ）激发态有一定的寿命（B ）粒子的碰撞（C ）多普勒效应（D ）粒子的振动

4.多普勒加宽宽度可表示为(b ) （A ）

17)(

1016.7v T v mol

D μ-?=? （B ）

)(1016.7v T

v mol

D μ-?=?

（C ）0

7)(

1016.7v T

v mol D μ-?=? （D ）

27)(

1016.7v T

v mol

D μ-?=?

5.一平凹腔,其凹面镜的半径R 小于腔长L,它是( ) 6．对称共心腔在稳定图上的坐标为（ a ）（A ）（-1，-1）（B ）（0，0）（C ）（1，1）（D ）（0，1）

7．在方型对称情形，TEM 11对应的花样（ b ）

（A ）

（B ）

（C ）

（D ）

（E ）

8．在连续运转激光器稳定状态（d ）

（A ）增益系数随泵浦功率增加（B ）增益系数随光强增加而减少（C ）小信号增益系数随光强增加（D ）增益系数等于阈值增益系数

9．设均匀增宽型介质的小讯号增益曲线的宽度为v ?，当s I I =时的稳定工作时讯号

增益曲线的线宽为（c ）

2 (D) 2 (C) Δ

3 (B)

)A (v v v v ??? 10．锁模激光器输出脉冲功率2

N I ∝，N 为：（ b ）

（A ）脉冲数目.（B ）纵模数目.（C ）横模数目.（D ）能级数目

二、填空题（共20分）

1. 要制作一个腔长L ＝60cm 的对称稳定腔，反射镜的曲率半径取值范围

R (5分)

2. 连续工作的CO 2激光器输出功率为50W(有效截面内的功率)，聚焦后的基模有效截面直径2w ＝50μm ，每平方厘米平均功率为 . (5分)

3 .请完成下面的表格(每格2分，共10分)

激光器名称工作物质粒子工作物质形态激光谱线波长能级系统类型激励方式红宝石固态 A 6943

三能级系统

He-Ne

Ne 原子

能量的共振转移

三、计算题（40分）

1．（12分）He —Ne 激光器的中心频率0ν＝4.74×1014Hz ，荧光线宽ν?F ＝1.5?l09Hz 。今腔长L ＝lm ，问可能输出的纵模数为若干？为获得单纵模输出，腔长最长为多少？

2．(14分)（1）试求出方形镜对称共焦腔镜面上03TEM 模的节线位置的表达式(腔长L 、光波波长λ、方形镜边长a ) （2）这些节线是否等间距？

3.（14分）某谐振腔的几何参数分别是m 1=L 、m 31=R 及m 22=R . (1)这是哪一类型谐振腔?

(2)试求其等价对称共焦腔的参数（ f ''

2'1

L R R ） .(3)请在同一个图上给出该谐振腔与其等价对称共焦腔的相对位置.

四、简答题（10分）

1，稳定球面腔激光器工作物质横向尺寸增大是否会增加输出光束的光斑半径？为什么？

广东工业大学试卷参考答案及评分标准 ( B )

课程名称: 激光原理与技术。考试时间: 2007年 6月 18 日 (第16 周星期一 )

一、单项选择题（每题3分，共30分）

1（ B ）、 2（ C ）、3（ A ）、4（ B ）、5（ C ）

6（ A ）、7（ B ）、8（ D ）、9（ C ）、10（ B ）

二、填空题（20分）

1． >30cm （5分）

2 cm /W 10546.2 26?（

5分）

3 . (每格2分，共10分)

+3Cr

光泵浦

气体

A 6328

四能级系统

三、计算题（40分） 1.(12分)

解:: 因为激光器的纵模间隔为

105.1112103288

?=???==?L c

q μν （3分）

所以可能存在的纵模数为

10105.1105.18

=??=??=q F n νν

即可能输出的纵模数为10个。（3分）

要想获得单纵模输出，则：

L c

q F μνν=

m c L F 2.0105.1103

=??=?<∴νμ （3

分）

2（14分）

解：（1）方形镜对称共焦腔镜面上03TEM 模的振幅分布为： ,)128()( ,)( 2

Y Y Y F e

X F ---==

（2分）

其中：

X λπ2=

L y

Y λπ2=

（2分）

因为节线的位置，就是振幅为0的位置，所以令

)( ,0)(30==Y F X F

（2分）

得：

方

向

无

节

线

；

（2分）

方向节线位置：

23 ,021±

==Y Y

即

：

0 y

（3分）

（2）这些节距是等间距的。

（3分）

3（14分）

解：（1）

（3分）

（2）此腔产生的等价对称共焦腔的高斯光束焦参数；

（3分）

（2分）

（3）以其等价共焦腔的中点为原点，腰位置即z=0处，设镜

R 1的z 坐标为z 1，镜R 2 的z 坐标为z 2，有：

)()()(2121-

=-+--=R L R L L R L z

（1分）

)()()(2112=

-+---=

R L R L L R L z

（1分）

故为稳定腔

,131

＜0 212111 ,3231112122

11＜g g R L g R L g =∴=-=-==-=-= ()()()

R R L R R L R L R L f 22

12121-+-+--=

m f L R R 3

22 ' ' '2

1====

(4分)

1-3

8-3

L ‘

=2f

四、简答题（10分） 1，不会。（2分）

因为稳定球面腔的光斑半径由腔长及曲率半径、波长所决定（2分）

其束腰半径为：4

2222

)

2()

)()(()[(111L R R L R R L R L R L w -+-+--=π

（2分）

两镜面的基模光斑半径分别为：

121212

224

12112211]))(()

([])

)(()

([L R R L R L L R R L w L R R L R L L R R L w s s -+--=-+--=πλπλ （2分）

所以增加工作物质的横向尺寸并不改变输出光斑半径。（2分）

激光原理复习题答案

激光原理复习题 1. 麦克斯韦方程中 0000./.0t t μμερε????=-???????=+????=???=?B E E B J E B 麦克斯韦方程最重要的贡献之一是揭示了电磁场的在矛盾和运动；不仅电荷和电流可以激发电磁场，而且变化的电场和磁场也可以相互激发。在方程组中是如何表示这一结果？答：（1）麦克斯韦方程组中头两个分别表示电场和磁场的旋度，后两个分别表示电场和磁场的散度； (2) 由方程组中的1式可知,这是由于具有旋度的随时间变化的电场(涡旋电场),它不是由电荷激发的,而是由随时间变化的磁场激发的; (3)由方程组中的2式可知，在真空中，,J =0，则有 t E ??=? 00B *εμ ；这表明了随时间变化的电场会导致一个随时间变化的磁场；相反一个空间变化的磁场会导致一个随时间变化的电场。这种交替的不断变换会导致电磁波的产生。 2, 产生电磁波的典型实验是哪个？基于的基本原理是什么？答：产生电磁波的典型实验是赫兹实验。基于的基本原理：原子可视为一个偶极子，它由一个正电荷和一个负电荷中心组成，偶极矩在平衡位置以高频做周期振荡就会向周围辐射电磁波。简单地说就是利用了振荡电偶极子产生电磁波。 3 光波是高频电磁波部分，高频电磁波的产生方法和机理与低频电磁波不同。对于可见光围的电磁波，它的产生是基于原子辐射方式。那么由此原理产生的光的特点是什么？答：大量原子辐射产生的光具有方向不同，偏振方向不同，相位随机的光，它们是非相干光。 4激光的产生是基于爱因斯坦关于辐射的一般描述而提出的。请问爱因斯坦提出了几种辐射，其中那个辐射与激光的产生有关，为什么？答：有三种：自发辐射，受激辐射，受激吸收。其中受激辐射与激光的产生有关，因为受激辐射发出来的光子与外来光子具有相同的频率，相同的发射方向，相同的偏振态和相同的相位，是相干光。

激光原理与应用课试卷试题答案

激光原理及应用[陈家璧主编] 一、填空题（20分，每空1分） 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是（自发辐射）、（受激吸收）、（受激辐射）。 2、光腔的损耗主要有（几何偏折损耗）、（衍射损耗）、（腔镜反射不完全引起的损耗）和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是（模式选择）和（提供轴向光波模的反馈）。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因，衍射损耗与菲涅耳数有关，菲涅耳数的近似表达式为（错误！未找到引用源。），其值越大，则衍射损耗（愈小）。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为（错误！未找到引用源。）。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括（多普勒加宽），（晶格缺陷加宽）两种加宽。 7、CO2激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是（提高激光上能级的激励效率），氦气的作用是（有助于激光下能级的抽空）。 8、有源腔中，由于增益介质的色散，使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫做（频率牵引）。 9、激光的线宽极限是由于（自发辐射）的存在而产生的，因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲，脉冲宽度可达（错误！未找到引用源。）S，通常有（主动锁模）、（被动锁模）两种锁模方式。二、简答题（四题共20分，每题5分） 1、什么是自再现？什么是自再现模？开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直，是实际应用中经常使用的技术手段，在聚焦透镜焦距F一定的条件下，画出像方束腰半径随物距变化图，并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念，请说明什么是空间烧孔？什么是反转粒子束烧孔？ 4、固体激光器种类繁多，请简单介绍2种常见的激光器（激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长）。三、推导、证明题（四题共40分，每题10分）

08激光原理与技术试卷B

华南农业大学期末考试试卷（B 卷） 2008～2009学年第一学期考试科目：激光原理与技术考试类型：（闭卷）考试时间：120分钟姓名年级专业学号一.填空题（每空2分，共30分） 1. 设小信号增益系数为0g ，平均损耗系数为α，则激光器的振荡条件为 g o > α 。 2. 相格是相空间中用任何实验所能分辨的最小尺度。 3. 四能级系统中，设3E 能级向2E 能级无辐射跃迁的量子效率为1η，2E 能级向1E 能级跃迁的荧光效率为2η，则总量子效率为。。 4. 当统计权重21f f =时，两个爱因斯坦系数12B 和21B 的关系为 B 12=B 21 。 5. 从光与物质的相互作用的经典模型，可解释色散现象和物质对光的吸收现象。 6. 线型函数的归一化条件数学上可写成。 7. 临界腔满足的条件是 g1g2=1 或 g1g2=0 。 8. 把开腔镜面上的经过一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现模。 9. 对平面波阵面而言，从一个镜面中心看到另一个镜面上可以划分的菲涅耳半周期带的数目称为菲涅耳数。

10. 均匀加宽指的是引起加宽的物理因素对各个原子是等同的, 。 11. 入射光强和饱和光强相比拟时，增益随入射光强的增加而减少，称增益饱和现象。 12．方形镜的mnq TEM 模式沿x 方向有 m 条节线，没y 方向有 n 条节线. 二.单项选择题（每题2分，共10分） 1. 关于高斯光束的说法，不正确的是（） (A)束腰处的等相位面是平面； (B)无穷处的等相位面是平面； (C)相移只含几何相移部分； (D)横向光强分布是不均匀的。 2. 下列各模式中，和圆型共焦腔的模q n m TEM ,,有相同频率的是（A ） (A)1,,2-+q n m TEM ； (B) q n m TEM ,,2+； (C) 1,,1-+q n m TEM ； (D) 1,1,2-++q n m TEM 。 3. 下列各种特性中哪个特性可以概括激光的本质特性（C ） (A)单色性； (B)相干性； (C)高光子简并度； (D)方向性。 4. 下列加宽机制中，不属于均匀加宽的是（B ） (A)自然加宽； (B)晶格缺陷加宽； (C)碰撞加宽； (D)晶格振动加宽。 5. 下列方法中，不属于横模选择的是（D ） (A)小孔光阑选模； (B) 非稳腔选模； (C) 谐振腔参数N g ,选择法； (D)行波腔法。三、简答题（每题4分，共20分）

《激光原理》本科期末考试试卷及答案

系、班姓名座号 ………………密……………封……………线……………密……………封……………线………………… 华中科技大学2012年《激光原理》期末试题(A) 题号一二三四总分复核人得分评卷人一. 填空: （每孔1分，共17分） 1. 通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值高。 2. Nd:Y AG 激光器可发射以下三条激光谱线 946 nm 、 1319 nm 、 1064 nm 。其中哪两条谱线属于四能级结构 1319 nm 、 1064 nm 。 3. 红宝石激光器属于 3 几能级激光器。He-Ne 激光器属于 4 能级激光器。 4. 激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和相干性好 5. 激光器的基本组成部分激活物质、激光谐振腔、泵浦源。 6. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为阈值增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率相等. 7. 调Q 技术产生激光脉冲主要有锁模、调Q 两种方法。二、解释概念：（共15分，每小题5分）(选作3题) 题号一二三合计得分 1. 基模高斯光束光斑半径：激光光强下降为中心光强21 e 点所对应的光斑半径. 2. 光束衍射倍率因子光束衍射倍率因子= 角基膜高斯光束远场发散基膜高斯光束束腰半径实际光束远场发散角实际光束束腰半径?? 3. 一般稳定球面腔与共焦腔的等价关系：一般稳定球面腔与共焦腔的等价性：任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价；任何一个稳定球面腔唯一地等价于一个共焦腔。三、问答题：（共32分，每小题8分）题号一二三四合计得分 1. 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组 ()()()()　Rl l l l l N N n f f n dt dN n n n n n A n W n s n dt dn S n S A n N n f f n dt dn A S n W n dt dn τυννσυννσ-???? ??-==++++-=++-???? ??--=+-=02111220321303001010 3232121202111 222313230303 ,, W 03 A 03 S 03 S 32 S 21 A 21 W 21 W 12 E 3 E 2 E 1 E 0

激光原理与技术习题

1.3 如果微波激射器和激光器分别在λ＝10μm ，＝5×10－ 1μm 输出1W 连续功率，试问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？解：若输出功率为P ，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则：由此可得：其中346.62610J s h -=??为普朗克常数， 8310m/s c =?为真空中光速。所以，将已知数据代入可得： =10μm λ时： 19-1=510s n ? =500nm λ时： 18-1=2.510s n ? =3000MHz ν时： 23-1=510s n ? 1.4设一光子的波长＝5×10－ 1μm ，单色性λ λ ?＝10－ 7，试求光子位置的不确定量x ?。若光子的波长变为5×10－ 4μm （x 射线）和5 ×10 －18 μm （γ射线），则相应的x ?又是多少 m m x m m m x m m m x m h x h x h h μμλμμλμλλμλλ λλλλλλλλ 11171863462122 1051051051051051051055/105////0 /------?=?=???=?=?=???=?==?=???=?=?P ≥?≥?P ??=P?=?P =?P +P?=P 1.7如果工作物质的某一跃迁波长为100nm 的远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105S － 1，试问：（1）该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10是多少？（2）为使受激跃迁几率比自发跃迁几率大三倍，腔内的单色能量密度ρ应为多少？ c P nh nh νλ==P P n h hc λ ν= =

1.8如果受激辐射爱因斯坦系数B10＝1019m3s－3w－1，试计算在（1）λ＝6 m（红外光）；（2）λ＝600nm（可见光）；（3）λ＝60nm（远紫外光）；（4）λ＝0.60nm（x射线），自发辐射跃迁几率A10和自发辐射寿命。又如果光强I＝10W/mm2，试求受激跃迁几率W10。 2.1证明，如习题图2.1所示，当光线从折射率η1的介质，向折射率为η2的介质折射时，在曲率半径为R的球面分界面上，折射光线所经受的变换矩阵为其中，当球面相对于入射光线凹（凸）面时，R取正（负）值。习题

激光原理试卷

广东工业大学考试试卷( A ) 课程名称: 激光原理与技术试卷满分100 分考试时间: 2007年6月18日 (第16周星期一) 一、选择题（每题3分，共30分） 1.世界上第一台激光器是（） (A)氦氖激光器． (B)二氧化碳激光器． (C)钕玻璃激光器． (D)红宝石激光器． (E)砷化镓结型激光器． 2.按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所产生的光的特点是：（） (A)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的． (B)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的． (C)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的． (D)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的． 3．氦-氖激光器属于典型的（）系统（A ）二能级（B ）三能级（C ）四能级（D ）多能级 4．体积3 cm 1=V ，线宽nm 10=?λ，中心波长60nm ，模式数目为（） 20 201012104 (D) 102 (C) 104 (B) 102 )A (???? 5．多普勒加宽发生在（）介质中 6．半共心腔在稳定图上的坐标为（d ）（A ）（-1，-1）（B ）（0，0）（C ）（1，1）（D ）（0，1） 7．对于均匀增宽介质，中心频率处小信号增益系数为)00 (v G ，当s I I =时，饱和显著，非小信号中心频率增益系数为：（c ）（A ） )00 (v G （B ） )00 (2v G （C ） )00(21v G （D ） )00 (3 1v G 8．.一平凹腔,其凹面镜的半径R 等于腔长L,它是(b ) （A ）稳定腔（B ）临界腔（C ）非稳腔 9.能够完善解释黑体辐射实验曲线的是( c ) （A ）瑞利-金斯公式（B ）维恩公式（C ）普朗克公式（D ）爱因斯坦公式

激光原理与技术习题一样本

《激光原理与技术》习题一班级序号姓名等级一、选择题 1、波数也常见作能量的单位, 波数与能量之间的换算关系为1cm-1 = eV。 ( A) 1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm, 则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为 cm-1。 ( A) 6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm的He-Ne激光器, 谱线线宽为Δν=1.7×109Hz。谐振腔长度为50cm。假设该腔被半径为2a=3mm的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为个。 ( A) 6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的二、填空题 1、光子学是一门关于、、光子的科学。 2、光子具有自旋, 而且其自旋量子数为整数, 大量光子的集合, 服从统计分布。 3、设掺Er磷酸盐玻璃中, Er离子在激光上能级上的寿命为10ms, 则其谱线宽度为。三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz的某光源, 相干长度为1m, 求此光源的单色性参数及线宽。

2．某光源面积为10cm 2, 波长为500nm, 求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1-kT hv 。《激光原理与技术》习题二班级姓名等级一、选择题 1、在某个实验中, 光功率计测得光信号的功率为-30dBm, 等于 W 。 ( A) 1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、激光器一般工作在状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态二、填空题 1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率, 则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是。 2、一束光经过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍, 则该物质的增益系数为。三、问答题 1、以激光笔为例, 说明激光器的基本组成。 2、简要说明激光的产生过程。 3、简述谐振腔的物理思想。 4、什么是”增益饱和现象”? 其产生机理是什么? 四、计算与证明题 1、设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2), 相应的频率为ν(波长为λ), 能级上的粒子数密度分别为2n 和1n , 求 (a) 当ν=3000MHz , T=300K 时, 21/?n n =

激光原理及应用_答案

思考练习题1 1.答：粒子数分别为：188346 341105138.210 31063.6105.01063.61?=????=? ?==---λ ν c h q n 239342100277.510 31063.61?=???== -νh q n 2．答：（1）(//m n E E m m kT n n n g e n g --=）则有：1]300 1038.11031063.6exp[23 93412≈?????-==---kT h e n n ν （2）K T T e n n kT h 3 6 23834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[?=?=???????-==----ν 3．答：（1）1923 18 1221121011.3]2700 1038.11064.1exp[4----?=???-?=?=??n n e g n g n kT h ν 且202110=+n n 可求出312≈n （2）功率＝W 918810084.51064.13110--?=??? 4.答：（1） 3 1734 3 6333/10857.310 63.68)106.0(2000188m s J h h c q q ??=????=?=---ννννρρπρπλρνπ＝自激（2）9434 36333106.71051063.68)106328.0(88?=?????==---πρπλρνπννh h c q q ＝自激 5．答：（1）最大能量 J c h d r h N W 3.210 6943.01031063.61010208.0004.06 83461822=??????????=? ???=?=--πλ ρπν 脉冲平均功率＝瓦8 9 61030.210 10103.2?=??=--t W （2）瓦自自自145113.211200 2021=?? ? ??-?==? ? ? ??-==?-e h N P e n dt e n N t A τνττ

激光原理复习题重点难点

《激光原理》复习第一部分知识点第一章激光的基本原理 1、自发辐射受激辐射受激吸收的概念及相互关系 2、激光器的主要组成部分有哪些？各个部分的基本作用。激光器有哪些类型？如何对激光器进行分类。 3、什么是光波模式和光子状态？光波模式、光子状态和光子的相格空间是同一概念吗？何谓光子的简并度？ 4、如何理解光的相干性？何谓相干时间，相干长度？如何理解激光的空间相干性与方向性，如何理解激光的时间相干性？如何理解激光的相干光强？ 5、EINSTEIN系数和EINSTEIN关系的物理意义是什么？如何推导出EINSTEIN 关系？ 4、产生激光的必要条件是什么？热平衡时粒子数的分布规律是什么？ 5、什么是粒子数反转，如何实现粒子数反转？ 6、如何定义激光增益，什么是小信号增益？什么是增益饱和？ 7、什么是自激振荡？产生激光振荡的基本条件是什么？ 8、如何理解激光横模、纵模？第二章开放式光腔与高斯光束 1、描述激光谐振腔和激光镜片的类型？什么是谐振腔的谐振条件？ 2、如何计算纵模的频率、纵模间隔？ 3、如何理解无源谐振腔的损耗和Q值？在激光谐振腔中有哪些损耗因素？什么是腔的菲涅耳数，它与腔的损耗有什么关系？ 4、写出（1）光束在自由空间的传播；（2）薄透镜变换；（3）凹面镜反射 5、什么是激光谐振腔的稳定性条件？ 6、什么是自再现模，自再现模是如何形成的？ 7、画出圆形镜谐振腔和方形镜谐振腔前几个模式的光场分布图，并说明意义 8、基模高斯光束的主要参量：束腰光斑的大小，束腰光斑的位置，镜面上光斑的大小？任意位置激光光斑的大小？等相位面曲率半径，光束的远场发散角，模体积 9、如何理解一般稳定球面腔与共焦腔的等价性？如何计算一般稳定球面腔中高斯光束的特征 10、高斯光束的特征参数？q参数的定义？ 11、如何用ABCD方法来变换高斯光束？ 12、非稳定腔与稳定腔的区别是什么？判断哪些是非稳定腔。第三章电磁场与物质的共振相互作用 1、什么是谱线加宽？有哪些加宽的类型，它们的特点是什么？如何定义线宽和线型函数？什么是均匀加宽和非均匀加宽？它们各自的线型函数是什么？ 2、自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽与哪些因素有关？ 3、光学跃迁的速率方程，并考虑连续谱和单色谱光场与物质的作用和工作物质的线型函数。 4、画出激光三能级和四能级系统图，描述相关能级粒子的激发和去激发过程。建立相应能级系统的速率方程。 5、说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理。 6、描述非均匀加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效应”，并说明它们的原理。

激光原理与技术习题一

《激光原理与技术》习题一班级序号姓名等级一、选择题 1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm -1 = eV 。（A ）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er 光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm ，则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为 cm -1。（A ）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm 的He-Ne 激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz 。谐振腔长度为50cm 。假设该腔被半径为2a=3mm 的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为个。（A ）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的二、填空题 1、光子学是一门关于、、光子的科学。 2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从统计分布。 3、设掺Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为10ms ，则其谱线宽度为。三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz 的某光源，相干长度为1m ，求此光源的单色性参数及线宽。 2．某光源面积为10cm 2，波长为500nm ，求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/exp(1 kT hv 。

《激光原理与技术》习题二班级姓名等级一、选择题 1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W 。（A ）1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、激光器一般工作在状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态二、填空题 1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是。 2、一束光通过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，则该物质的增益系数为。三、问答题 1、以激光笔为例，说明激光器的基本组成。 2、简要说明激光的产生过程。 3、简述谐振腔的物理思想。 4、什么是“增益饱和现象”？其产生机理是什么？四、计算与证明题 1、设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2)，相应的频率为ν(波长为λ)，能级上的粒子数密度分别为2n 和1n ，求 (a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时，21/?n n = (b) 当λ=1μm ，T=300K 时，21/?n n = (c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时，温度T=？ 2、设光振动随时间变化的函数关系为（v 0为光源中心频率），试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线。 ???<<=其它,00),2exp()(00c t t t v i E t E π

激光原理试卷集锦

1：腔模，横模，纵模。腔模：在具有一定边界条件的腔内，电磁场只能存在于一系列分立的本征状态之中。将谐振腔内可能存在的电磁场的本征态称为腔的模式。横模：在垂直于腔轴的横截面内的稳定场分布称为谐振腔的横模。镜面上各点场的振幅按同样的比例衰减,各点的相位发生同样大小的滞后。这种在腔反射镜面上形成的经过一次往返传播后能自再现的稳定场分布称为自现模或横模。纵模：腔模沿腔轴线方向的稳定场分布称为谐振腔的纵模。在腔的横截面内场分布是均匀的，而沿腔的轴线方向(纵向)形成驻波，驻波的波节数由q决定。通常将由整数q所表征的腔内纵向场分布称为腔的纵模。 2：频率牵引。答：有源腔中的纵模频率总是比无源腔中同序列纵模频率更接近工作物质的中心频率，这种现象称为频率牵引。 3：光学谐振腔的作用是什么？答：①提供轴向光波模的光学正反馈。②控制振荡模式的特性。 4：对称共焦腔镜面上基模的特点是什么？答： ①基模为高斯分布,镜面中心光最大,向边缘平滑降落。 ②光斑的大小与反射镜的横向尺寸无关, 与波长和腔长有关(是共焦腔的一个重要特性。当然,这一结论只有在模的振幅分布可以用厄米-高斯函数近似表述的情况下才是正确)。 ③高斯光束的能量主要集中在束腰内部。 5：LD半导体的PN结实现粒子数目反转分布条件是什么？LD激光器的泵浦方式有哪些？答：①掺杂浓度足够高，使准Fermi能级分别进入导带和价带。 ②正向偏压V足够高，使eV>E g,从而E C F —E v F =eV>hv。电注式，光泵浦，高能电子束 6：固体激光器激活介质的激光性质主要指什么？它们分别在固体激光设计时，决定什么？答：能级结构，吸收光谱，荧光光谱①能级结构：晶体的激光性质主要取决于Cr3+。Cr的外层电子组态为3d5 4s1 ,掺入Al2 O3 后失去3个电子,剩下3d壳层上3个外层电子(3d3 )。 ②吸收光谱：由于红宝石死各向异性晶体，故其吸收特性与光的偏振状态有关。 ③荧光光谱：红宝石晶体有两条强荧光谱线,分别称为R1线和R2线。 R1 线中心波长为694.3nm,对应于E→4 A2 能级的自发辐射跃迁。 R2 线中心波长为692.9nm,对应于2A→ 4A2 能级的自发辐射跃迁。 7：常见的临界腔有哪些？其判定条件分别是什么？答： 8：简并能级，简并度答：简并能级：电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级. 简并度：同一能级对应不同的电子状态的数目（处于同一光子太、态的光子数称为光源的光子简并度） 9：He—Ne激光器放电毛细管内径要很小的主要原因是什么？答：Ne原子激光下能级2p和3p向基态的跃迁为选择定则所禁戒，粒子只能通过字发辐射跃迁到1s能级。由于1s能级向基态的跃迁也属禁戒，因此1s能级的Ne原子只有扩散到放电管管壁，通过与管壁碰撞释放能量后方能返回基态，称为“管壁效应”。激光下能级如不能被较快抽空，将会造成粒子的堆积，形成“瓶颈效应”。

激光原理及应用考试卷

内蒙古工业大学200 —200 学年第一学期《激光原理及应用》期末（考试）试卷（A）课程代码：试卷审核人：考试时间：注意事项：1.本试卷适用于级电科专业本科生使用 2.本试卷共6页，满分100分，答题时间120分钟一、选择题（30分） 1、平面波的单色性是由下面的那个参数来评价其优劣的（） A、振幅 B、频率 C、光强 D、先谱的线宽 2、激光束偏转技术是激光应用的基本技术，如果它使激光束离散地投射到空间中某些特定的位置上，则主要应用于（）。 A．激光打印B．激光显示 C．激光存储D．传真 3、具有超小型、激光强度快速可调特点的激光器是（）。 A．固体激光器B．气体激光器 C．半导体激光器D．光纤激光器 4、LED不具有的特点是（）。 A．辐射光为相干光 B．LED的发光颜色非常丰富 C．LED的单元体积小 D．寿命长，基本上不需要维修 9、高斯光束波阵面的曲率半径R0=（）

A 、])(1[||2 2 O Z Z πωλ+ B 、21 220 0])(1[(πωλωZ + C 、])(1[||22Z Z O λπω+ D 、21 )(λ λL 10、输出功率的兰姆凹陷常被用作一种，（）的方法。 A 、稳定输出功率 B 、稳定频率 C 、稳定线宽的 D 、稳定传输方向的 11、本书介绍的激光调制主要有哪几种调制（） A 、声光偏转 B 、电光强度 C 、电光相位 D 、电光调Q 12、半导体激光器的光能转换率可以达到（） A 、 25%—30% B 、70% C 、100% D 、≥50% 13、半导体光放大器英文简称是（）。 A ．FRA B ．SOA C ．EDFA D ．FBA 14、激光器的选模技术又称为（）。 A ．稳频技术 B ．选频技术 C ．偏转技术 D ．调Q 技术 15、非均匀增宽介质的增益系数阈值D G =阈（）。 A ．)(21 21r r Ln L a - 内 B ．hvV A n 32阈? C ． 1D M s G I I + D ． 2 /1) /1(S I I G +?

激光原理与技术试题答案

2006-2007学年第1学期《激光原理与技术》B 卷试题答案 1．填空题(每题4分)[20] 激光的相干时间τc 和表征单色性的频谱宽度Δν之间的关系为___1c υτ?= 一台激光器的单色性为5x10-10，其无源谐振腔的Q 值是_2x109 如果某工作物质的某一跃迁波长为100nm 的远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105 S -1，该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -1 设圆形镜共焦腔腔长L=1m ，若振荡阈值以上的增益线宽为80 MHz ，判断可能存在_两_个振荡频率。对称共焦腔的 =+)(2 1 D A _-1_，就稳定性而言，对称共焦腔是___稳定_____腔。 2. 问答题(选做4小题，每小题5分)[20] 何谓有源腔和无源腔如何理解激光线宽极限和频率牵引效应有源腔：腔内有激活工作物质的谐振腔。无源腔：腔内没有激活工作物质的谐振腔。激光线宽极限：无源腔的线宽极限与腔内光子寿命和损耗有关：122' c R c L δ υπτπ?= = ；有源腔由于受到自发辐射影响，净损耗不等于零，自发辐射的随机相位造成输出激光的线宽极限 220 2()t c s t out n h n P πυυυ?= ?。频率牵引效应：激光器工作物质的折射率随频率变化造成色散效应，使得振荡模的谐振频率总是偏离无源腔相应的模的频率，并且较后者更靠近激活介质原子跃迁的中心频率。这种现象称为频率牵引效应。写出三能级和四能级系统的激光上能级阈值粒子数密度，假设总粒子数密度为n ，阈值反转粒子数密度为 n t. 三能级系统的上能级阈值粒子数密度22 t t n n n += ；四能级系统的上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。产生多普勒加宽的物理机制是什么多普勒加宽的物理机制是热运动的原子（分子）对所发出（或吸收）的辐射的多普勒频移。均匀加宽介质和非均匀加宽介质中的增益饱和有什么不同分别对形成的激光振荡模式有何影响均匀加宽介质：随光强的增加增益曲线会展宽。每个粒子对不同频率处的增益都有贡献，入射的强光不仅使自身的增益系数下降，也使其他频率的弱光增益系数下降。满足阀值条件的纵模

激光原理试题

物理专业2006级本科《激光原理及应用》期末试题（A卷答案）一、简答题 1.激光器的基本结构包括三个部分，简述这三个部分答：激光工作物质、激励能源（泵浦）和光学谐振腔； 2.物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁，简述这两种跃迁的区别。答：粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁，辐射跃迁必须满足跃迁定则；非辐射跃迁表示在不同的能级之间跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给他的能量。 3.激光谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽，简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线型。答：如果引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽。自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加宽类型。非均匀加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献。多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。 4.简述均匀加宽的模式竞争答：在均匀加宽的激光器中，开始时几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争，结果总是靠近中心频率的一个纵模获胜，形成稳定的振荡，其他的纵模都被抑制而熄灭。这种情况叫模式竞争。 5.工业上的激光器主要有哪些应用为什么要用激光器答：焊接、切割、打孔、表面处理等等。工业上应用激光器主要将激光做热源，利用激光的方向性好，能量集中的特点。 6.说出三种气体激光器的名称，并指出每一种激光器发出典型光的波长和颜色。答：He-Ne激光器，（红光），Ar+激光器，（绿光），CO2激光器，μm（红外） 7.全息照相是利用激光的什么特性的照相方法全息照相与普通照相相比有什么特点答：全息照相是利用激光的相干特性的。全息照片是三维成像，记录的是物体的相位。二、证明题：（每题6分，共18分） 1.证明：由黑体辐射普朗克公式 3 3 81 1 h KT h c e νν πν ρ= - 导出爱因斯坦基本关系式： 3 21 3 21 8 A h n h B cν πν ν== 三、计算题 1．由两个凹面镜组成的球面腔，如图。凹面镜的曲率半径分别为2m、3m，腔长为1m。发光波长600nm。（1）求出等价共焦腔的焦距f；束腰大小w0及束腰位置；（2）求出距左侧凹面镜向右米处的束腰大小w及波面曲率半径R；解: (0) 激光腔稳定条件

激光原理与技术09级A卷含答案

题号一二三四总分阅卷人得分得分 2011 ─2012学年第 2 学期长江大学试卷院（系、部）专业班级姓名学号 …………….……………………………. 密………………………………………封………………..…………………..线…………………………………….. 《激光原理与技术》课程考试试卷( A卷)专业：应物年级2009级考试方式：闭卷学分4.5 考试时间：110 分钟相关常数：光速：c=3×108m/s, 普朗克常数h =6.63×10-34Js, 101/5=1.585 一、选择题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 掺铒光纤激光器中的发光粒子的激光上能级寿命为10ms ，则其自发辐射几率为。（A ）100s -1 (B) 10s -1 (C) 0.1s -1 (D) 10ms 2. 现有一平凹腔R 1→∞，R 2=5m ，L =1m 。它在稳区图中的位置是。(A) (0, 0.8) (B) (1, 0.8) (C) (0.8, 0) (D) (0.8, 1) 3. 图1为某一激光器的输入/输出特性曲线，从图上可以看出，该激光器的斜效率约为。

(A) 10% (B) 20% (C) 30% (D) 40% 图1 图2 4．图2为某一激光介质的吸收与辐射截面特征曲线，从图上可以看出，该激光介质可用来产生的激光。

得分 (A) 只有1532 nm (B)只能在1532 nm 附近 (C) 只能在1530 nm-1560nm 之间 (D) 1470 nm-1570nm 之间均可 A 卷第 1 页共 6 页 5. 电光晶体具有“波片”的功能，可作为光波偏振态的变换器，当晶体加上V λ/2电场时，晶体相当于。（A ）全波片 (B) 1/4波片 (C) 3/4波片 (D) 1/2波片 6. 腔长3m 的调Q 激光器所能获得的最小脉宽为。（设腔内介质折射率为1）（A ）6.67ns (B) 10ns (C) 20ns (D) 30ns 7. 掺钕钇铝石榴石（Y 3Al 5O 12）激光器又称掺Nd 3+:YAG 激光器，属四能级系统。其发光波长为。（A ） 1.064μm （B ）1.30μm （C ） 1.55μm （D ）1.65μm 8. 在采用双包层泵浦方式的高功率光纤放大器中，信号光在中传输。（A ）纤芯（B ）包层（C ）纤芯与包层（D ）包层中（以多模） 9. 脉冲透射式调Q 开关器件的特点是谐振腔储能调Q ，该方法俗称。（A ）漂白（B ）腔倒空 (C ）锁模（D ）锁相 10. 惰性气体原子激光器，也就是工作物质为惰性气体如氩、氪、氙、氖等。这些气体除氙以外增益都较低，通常都使用氦气作为辅助气体，借以。 (A ）降低输出功率 (B ）提高输出功率 C ）增加谱线宽度（D ）减小谱线宽度二、填空题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 在2cm 3空腔内有一带宽为1×10-4μm ，波长为0.5μm 的跃迁，此跃迁的频率范围是 120 GHz 。 2. 稳定球面腔与共焦腔具有等价性，即任何一个共焦腔与无穷多个稳定

激光原理及应用思考练习题答案

思考练习题1 1．试计算连续功率均为1W 的两光源，分别发射λ＝0.5000μm ，ν=3000MHz 的光，每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？答：粒子数分别为：18 8 34634110 5138.21031063.6105.01063.61?=????=? ?= =---λ ν c h q n 23 9 342100277.510 31063.61?=???==-νh q n 2．热平衡时，原子能级E 2的数密度为n 2，下能级E 1的数密度为n 1，设21g g =，求：(1)当原子跃迁时相应频率为ν＝3000MHz ，T ＝300K 时n 2/n 1为若干。(2)若原子跃迁时发光波长λ＝1μ，n 2/n 1＝0.1时，则温度T 为多高？答：（1）(//m n E E m m kT n n n g e n g --=）则有：1]300 1038.110 31063.6exp[2393412≈?????-==---kT h e n n ν （2）K T T e n n kT h 36238 34121026.61.0]1011038.11031063.6exp[?=?=???????-==----ν 3．已知氢原子第一激发态(E 2)与基态(E 1)之间能量差为1.64×l0－ 18J ，设火焰(T ＝2700K)中含有1020个氢原子。设原子按玻尔兹曼分布，且4g 1＝g 2。求：(1)能级E 2上的原子数n 2为多少？(2)设火焰中每秒发射的光子数为l08 n 2，求光的功率为多少瓦？答：（1）1923 181221121011.3]2700 1038.11064.1exp[4----?=???-?=?=??n n e g n g n kT h ν 且20 2110=+n n 可求出312≈n （2）功率＝W 918 8 10084.51064.13110--?=??? 4．(1)普通光源发射λ＝0.6000μm 波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比 q q 激自 1 = 2000 ，求此时单色能量密度νρ为若干？(2)在He —Ne 激光器中若34/100.5m s J ??=-νρ，λ为0.6328μm ，设μ＝1，求 q q 激自为若干？答：（1）

激光原理试题

1） CO2激光器的腔长L=100cm ，反射镜直径D=，两镜的光强反射系数分别为r1=,r2=。求由衍射损耗及输出损耗分别引起的c c Q υτδ?,,，。(设n=1) 2）红宝石调Q 激光器中有可能将几乎全部的Cr+3激发到激光上能级，并产生激光巨脉冲。设红宝石棒直径为1cm ，长为，Cr+3的浓度为39cm 102-?2 ，脉冲宽度10ns ，求输出激光的最大能量和脉冲功率。 3）氦氖激光器放电管长l=，直径d=，两镜反射率分别为100%、98%，其它单程损耗率为，荧光线宽MHz 1500d =?υ。求满足阈值条件的本征模式数。（d G 1 1034 m -?=） 4）入射光线的坐标为r1=4cm ，1=弧度,求分别通过焦距大小都为F=的凸、凹透镜后的光线坐标。 5）有一个凹凸腔，腔长L=30cm ，两个反射镜的曲率半径大小分别为R1= 50cm 、R2=30cm ，如图所示，使用He-Ne 做激光工作物质。①利用稳定性条件证明此腔为稳定腔 ②此腔产生的高斯光束焦参数 ③此腔产生的高斯光束的腰斑半径及腰位置 ④此腔产生的高斯光束的远场发散角。 6）某激光器（m 9.0μλ==）采用平凹腔，腔长L=1m ，凹面镜曲率半径R=2m 。求①它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰位置②它产生的基模高斯光束的焦参数③它产生的基模高斯光束的远场发散角答案

1）解：衍射损耗: 188.0)1075.0(1 106.102 262=???==--a L λδ s c L c 8 81075.110 3188.01-?=??== δτ 6 86 81011.31075.1106.1010314.322?=??????==--c Q πντ MHz Hz c c 1.9101.91075.114.321 2168 =?=???= = ?-πτν 输出损耗: 119.0)8.0985.0ln(5.0ln 212 1=??-=-=r r δ s c L c 881078.210 3119.01 -?=??== δτ 6 86 8 1096.41078.2106.1010314.322?=??????==--c Q πντMHz Hz c c 7.5107.510 78.214.32121 6 8 =?=???= = ?-πτν 2）解： 10 8 34 152210694310310 6.631020.0750.0053.14--??? ??????===ν?πν?h L r V h W J 9103.4-?= W t W P 34.010 10104.39 9 =??==-- 3)解：025.0015.02 02.0015.02 =+=+=T δ mm l G t /1105500 025.05-?===δ mm d G m /11025 .110310344 4 ---?=?=?= 410 510254 =??==--t m G G α MHz D T 21212 ln 4 ln 15002ln ln =?=?=?α νν MHz L c q 3005 .0210328=??==?ν 8]1300 2121 []1[ =+=+??=?q T q νν

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