PLC原理及应用模拟试卷(1)
PLC原理及应用模拟试卷1
一、填空选择题：（共6小题，每空1分，共18分）
1. PLC是一种工业控制计算机，它的基本结构是由CPU 、输入输出单元电路、存储器和电源组成。
2. PLC开关量输出接口按PLC内部使用的器件可以分为晶体管输出型、_继电器_输出型和晶闸管输出型。
3. PLC用户程序的完成分为输入采样、执行程序、输出刷新
三个阶段。这三个阶段是采用循环扫描工作方式分时完成的。
4. PLC的编程语言常用的有梯形图、_指令语言_和功能图语言及高级语言。
5. PLC的控制系统构成主要由输入设备、_PLC_和_输出设备_等三部分。
6. 型号为FX1s-20MR的PLC，它表示的含义包括如下几部分：它是主机单元，其输入输出总点数为20 点，其中输入点数为12 ，输出点数为8 点，其输出类型为继电器输出型。
二、单项选择题：（共6小题，每小题3分，共18分）
1. 下列结构中，不属于PLC的基本组成结构的是（ D ）。
A. CPU
B. 输入、输出接口
C. 存储器
D. 定时器
2. 三菱公司PLC的型号为FX2N-48MR，则它的I/O总点数为（ A ）。
A. 48
B. 4
C. 8
D. 不能确定
3. 继电接触式控制电路可以翻译成PLC的（ B ）程序。
A. 助记符
B. 梯形图
C. C语言
D. 汇编语言
4. 下列不属于FX2N系列PLC的编程元件的是（ D ）。
A. 输入继电器X
B. 输出继电器Y
C. 辅助继电器M
D. 热继电器FR
5. 某PLC的输出接口是晶体管电路，则其输出可驱动（ B ）负载。
A. 交流
B. 直流
C. 交、直流
D. 不能确定
6. 三菱PLC的内部实时时钟数据存放的寄存器为（ D ）。
A. D0-D20
B. D30-D40
C. D8000-D8090
D. D8013-D8019
四、分析题（满分10分）
1．【答】：正转起动：按下起动按钮SB1，输入继电器X000通电，输出继电器Y000线圈通电且自锁，驱动KM1线圈通电，主电路中KM1的主触点闭合，电动机得电，转动起来。
停止：当按下停止按钮SB2，输入继电器X001常闭触点断开，输出继电器Y000线圈断电，KM1线圈断电，主电路中KM1的主触点断开，电动机失电，电动机停止运行。
过载保护：当电动机出现过载时，热继电器FR常开触点闭合，输入继电器X002常开触点恢复断开，输出继电器Y000线圈断电，KM1线圈断电，主电路中KM1的主触点断开，电动机失电，电动机停止运行。
五编程题（每小题10分，满分20分）
1．【解】
LD X000
AND X001
MPS
AND X002
OUT Y000
MPP
OUT M1
LD M1
MPS
AND Y000
OUT Y001
MPP
AND X003
OUT Y002
LD X004
AND X005
MPS
AND Y002
OUT Y003
MRD
AND Y001
OUT Y004
MRD
AND X006
AND Y002
OUT Y005
MPP
AND X007
AND Y004
OUT Y006
2．【解】：
六、改错题（满分10分）
【解】：1、X000与Y000位置互换；
2、X001与X002和Y001的并联支路位置互换；
3、T0定时器加延时值；
4、C0计数器加计数值；
5、STL指令作用元件是状态器S20。
修改后的程序见下图：
七、设计题（满分14分）
【解】：
1、设定：SB1为起动按钮，SB2为停止按钮，PLC的I/O接线图如下：Array
2、编制梯形图程序：
3、编写语言指令程序如下：
1. PLC（Programmable Logic Controller）是一种工业计算机，它主要由CPU 、输入输出单元电路、存储器和电源等组成。根据PLC的输入/输出总点数及内存容量不同可分为超小型、中型、
小型和大型PLC。
3. 三菱公司的FX系列PLC的内部软元件有输入继电器X、输入继电器Y 、辅助继电器M 、状态器S 、定时器T 、计数器C 、数据寄存器D 、和变址寄存器等。
4. 三菱公司的FX系列PLC型号为FX2N-40MRD，其中数字40的含义是I/O 的总点数、字母M的含义是主机单元、字母R的含义是继电器输出型。
5. 步进顺控指令有两个：STL 和RET 。步进顺控的基本类型有单流程、选择型分支和循环与跳转顺控。
6. PLC网络包括PLC控制网络和PLC通信网络两类。三菱PLC提供了三层通信网络：以太网、区域网、现场总线网。
7. 针对不同的控制对象，PLC的硬件输出单元为继电器输出、晶体管
输出和晶闸管输出等三种形式。PLC的编程设备有手持编程器和PC 。
二、分析题（共2小题，每小题12分，共24分）
1. 如图1所示行程开关控制的机床工作台自动往返控制电路，图中行程开关SQ1、SQ2作为往复运动控制用，而SQ3、SQ4作为极限位置保护用。其中SB1为停止按钮，SB2、SB3为起动按钮，FR为过载保护触点；试说明正反转起动、停止、过载保护的控制实现原理。
图1
1.【答】：正向起动：按下起动按钮
SB2，输入继电器X002通电，程序中辅助继电器
M1通电且自锁，定时器T1通电，到达设定时间1秒后，T1的常开触点闭合，输出继电器Y001线圈通电，驱动KM1线圈通电，主电路中KM1的主触点闭合，电动机得电，正向转动起来，带动工作台向左运动。当工作台撞下行程开关SQ2时，输出继电器Y001线圈断电，程序中辅助继电器M2通电且自锁，定时器T2通电，到达设定时间1秒后，T2的常开触点闭合，输出继电器Y002线圈通电，驱动KM2线圈通电，主电路中KM2的主触点闭合，电动机相序改变，反向转动起来，带动工作台向右运动。（4分）
反向起动：按下起动按钮SB3，输入继电器X003通电，程序中辅助继电器M2通电且自
锁，定时器T2通电，到达设定时间1秒后，T2的常开触点闭合，输出继电器Y002线圈通电，驱动KM2线圈通电，主电路中KM2的主触点闭合，电动机得电，反向转动起来，带动工作台向右运动。当工作台撞下行程开关SQ1时，输出继电器Y002线圈断电，程序中辅助继电器M1通电且自锁，定时器T1通电，到达设定时间1秒后，T1的常开触点闭合，输出继电器Y001线圈通电，驱动KM1线圈通电，主电路中KM1的主触点闭合，电动机相序改变，正向转动起来，带动工作台向左运动。（4分）
停止：不论电动机是在正转还是反转状态，按下停止按钮SB1，输入继电器X001通电，
程序中X001的常闭触点断开，主控MC 指令停止工作，输出继电器Y001或Y002线圈断电，驱动KM1或KM2线圈断电，主电路中KM1或KM2的主触点断开，电动机失电，工作台停止运动。（2分）
过载保护：不论电动机是在正转还是反转状态，一旦发生过载现象，FR 的常开触点闭合，
输入继电器X000通电，程序中X000的常闭触点断开，主控MC 指令停止工作，输出继电器Y001或Y002线圈断电，驱动KM1或KM2线圈断电，主电路中KM1或KM2的主触点断开，电动机失电，工作台停止运动。（2分）
2. 如图2所示为PLC 控制一声光报警电路及程序，其中SB1为起动按钮，SB2为停止按钮，Y0驱动报警灯，Y1驱动蜂鸣器。试说明程序控制的特点和控制过程。
图2
.【答】：控制的特点：当按下起动按钮SB1后，发光二极管LED1每隔1秒钟闪烁1次，
PLC
SB1LED1
X000Y000COM
COM
R
Y001
X001
SB2
同时蜂鸣器一直在响，当发光二极管LED1闪烁100次后，发光二极管LED1自动停止闪烁，蜂鸣器同时停止响声。（4分）
控制过程：1. 起动过程：按下起动按钮SB1，PLC的输入继电器X000通电，程序中X000的常闭触点闭合，计数器C0清零，辅助继电器M0通电且自锁，定时器T1与T2组成闪烁电路工作，驱动输出继电器Y000每隔1秒接通一次，带动发光二极管LED1每隔1秒钟闪烁1次。同时输出继电器Y001通电，驱动蜂鸣器一直在响。当发光二极管LED1闪烁100次后，计数器C0到达设定值，C0的常闭触点断开，辅助继电器M0断电，程序终止运行，发光二极管LED1自动停止闪烁，蜂鸣器同时停止响声。（6分）
2. 起动过程：当发光二极管LED1闪烁和蜂鸣器同时发出响声时，按下停止按钮SB2，辅助继电器M0断电，程序终止运行，发光二极管LED1自动停止闪烁，蜂鸣器同时停止响声。下次起动时，按下起动按钮SB1时，程序又开始运行。（2分）
三、编程题：（共2小题，每小题12分，共24分）
1. 写出图3所示梯形图程序的指令表程序。
2. 写出图4所示指令表的梯形图程序。
图4
四、设计题：（共1小题，每小题22分，共22分）
1．试用三菱FX2N系列的PLC实现两台三相异步电动机的顺序起动，同时停止的控制线路。具体要求如下：
（1）M1电动机启动12秒后，M2电动机自行起动；M1、M2电动机同时停止。
（2）画出PLC的I/O接线图；
（3）编制梯形图程序；
（4）编写语言指令程序。
三、编程题：（共2小题，每小题12分，共24分）
1.【解】：
（4分）
（4分）
（4分）
2.【解】
四、设计题：（共1小题，每小题22分，共22分）
【解】：1、设定：SB1为起动按钮，SB2为停止按钮，KM1控制M1，KM2控制M2，PLC 的I/O 接线图如下：
2、编制梯形图程序：
3、编写语言指令程序如下：
最新激光原理及应用试卷
激光原理及应用 考试时间:第 18 周星期五 ( 2007年1 月 5日) 一单项选择（30分） 1．自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为（ B ） 2．爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为（C ） 3．自然增宽谱线为（ C ） （A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型 4．对称共焦腔在稳定图上的坐标为（B ） （A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1） 5．阈值条件是形成激光的（ C ） （A）充分条件（B）必要条件（C）充分必要条件（D）不确定 6．谐振腔的纵模间隔为（B ） 7．对称共焦腔基模的远场发散角为（C ） 8．谐振腔的品质因数Q衡量腔的（C ） （A）质量优劣（B）稳定性（C）储存信号的能力（D）抗干扰性 9．锁模激光器通常可获得（ A ）量级短脉冲 10．YAG激光器是典型的（ C ）系统 （A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级 二填空（20分） 1.任何一个共焦腔与等价，
而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。(4分) 2 .光子简并度指光子处于、 、、。（4分）3．激光器的基本结构包括三部分，即、 和。（3分） 4．影响腔内电磁场能量分布的因素有、 、。（3分） 5．有一个谐振腔，腔长L=1m，在1500MHｚ的范围内所包含的纵模个数为 个。（2分） 6．目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是、、和。（4分） 三、计算题（42分） 1．（8分）求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。已知＝6328?，1/f( ) ＝109Hz，＝1，设总损耗率为，相当于每一反射镜的等效反射率R＝l－L ＝98.33％，＝10—7s，腔长L＝0.1m。 2．（12分）稳定双凹球面腔腔长L＝1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为R 1＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。 ＝1.5m,R 2 3．（12分）从镜面上的光斑大小来分析，当它超过镜子的线度时，这样的横模就不可能存在。试估算在L＝30cm, 2a=0.2cm 的He-Ne激光方形镜共焦腔中所可能出现的最高阶横模的阶次是多大？ 4．4．（10分）某高斯光束的腰斑半径光波长。求与腰斑相距z=30cm处的光斑及等相位面曲率半径。 四、论述题（8分） 1．（8分）试画图并文字叙述模式竞争过程
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）
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》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）
激光原理及应用习题
《激光原理及应用》习题 1. 激光的产生分为理论预言和激光器的诞生两个阶段？简述激光理论的创始人，理论要点和提出理论的时间。简 述第一台激光诞生的时间，发明人和第一台激光器种类？ 答：激光理论预言是在1905年爱因斯坦提出的受激辐射理论。世界上第一台激光器是于1960年美国的梅曼研制成功的。第一台激光器是红宝石激光器。 2. 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，线型为洛仑兹线型。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，线型为高斯线型。多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。 3. 军事上的激光器主要应用那种激光器？为什么应用该种激光器？ 答：军事上主要用的是CO 2激光器，这是因为CO 2激光波长处于大气窗口，吸收少，功率大，效率高等特点。 4. 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。 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. 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。 4. 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，632.8nm （红光），Ar+激光器，514.5nm （绿光），CO 2激光器，10.6μm （红外） 计算题 1．激光器为四能级系统，已知3能级是亚稳态能级，基态泵浦上来的粒 子通过无辐射跃迁到2能级，激光在2能级和1能级之间跃迁的粒子产 生。1能级与基态（0能级）之间主要是无辐射跃迁。 （1）在能级图上划出主要跃迁线。 （2）若2能级能量为4eV ，1能级能量为2eV ，求激光频率； 解：（1）在图中画出 （2）根据爱因斯坦方程 21h E E ν=- 得 ()1914213442 1.610 4.829106.62610E E Hz h ---??-===??ν 2．由凸面镜和凹面镜组成的球面腔，如图。凸面镜的曲率半径为2m ，凹面镜的曲率半径为3m ，腔长为1.5m 。发光波长600nm 。判断此腔的稳定性； 解: 激光腔稳定条件 R3 32ω 21ω
激光原理及应用试卷.
激光原理及应用试卷 班级姓名成绩 一、填空题（1.5×20=30分） 1.光与物质的相互作用有三种不同基本过程，即，及 A21称为：B21称为：B12称为：自发辐射的平均寿命τ与A21关系为 2.引起谱线增宽的原因主要有三种，即。 它们的线型函数有两种，分别是。 3.光的一个基本性质是具有。一方面光是电磁波，具有波动 性质，有一定的和。另一方面光是光子流，是具有一定 和的物质粒子流。 4．产生激光必须具备的三个条件：， ， 二、问答题（5×6=30分） 1.简要叙述激光器稳定出光的过程。
2.三种谱线增宽形式中哪些是均匀增宽？哪些是非均匀增宽，为什么？ 3.详细说明对称共焦腔中高斯光束的特点，并图示 4.叙述用兰姆凹陷稳频的工作原理。
三、 分析题（40分） 1. （10’）如图所示为的1E 和0E （基态）分别为激光上下能级，0n 和1n 分别为上下能级的粒子数密度，谐振腔中传播的单色光能密度为ρ（假设其线宽比介质的线型函数)(v f 的线宽窄得多）。图中过程①为泵浦速率为R 0的抽运过程，②为自发辐射过程，③和④分别为受激辐射和受激吸收过程,自发辐射系数、受激辐射系数和受激吸收系数分别为A 10、B 10、B 01。试写出1E 能级在单位时间内粒子数密度的增加量，并说明表达式中每一项的物理意义 2. （15分）一染料激光器输出激光的波长为0.63μm ，采用平凹腔，凹面镜的曲率半径为2m ，腔长为1m ，（1）求出它所产生的高斯光束的光腰大小和位置，共焦参数f 以及发散角θ。（2）如果使用焦距为5cm 的凸透镜聚焦，入射光腰到透镜的距离为1.50m 。问：离透镜1.0m 处的出射光斑半径为多少？ 3.（15’）设有三束频率分别为0ν、νν?+0和νν?-0、光强为I 0、I 1和I 2的强光沿相同方 1E 0 E
激光原理试卷
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） 1、短波长（真空紫外、软X 射线）谱线的主要加宽是自然加宽。试证明峰值吸收截面为 π λσ22 0=。 证明：
激光原理及应用试卷
激光原理及应用 考试时间:第18周星期五(2007年1月5日) 一单项选择（30分） 1．自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为（B） 2．爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为（C） 3．自然增宽谱线为（C） （A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型 4．对称共焦腔在稳定图上的坐标为（B） （A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1） 5．阈值条件是形成激光的（C） （A）充分条件（B）必要条件（C）充分必要条件（D）不确定 6．谐振腔的纵模间隔为（B） 7．对称共焦腔基模的远场发散角为（C） 8．谐振腔的品质因数Q衡量腔的（C） （A）质量优劣（B）稳定性（C）储存信号的能力（D）抗干扰性 9．锁模激光器通常可获得（A）量级短脉冲 10．YAG激光器是典型的（C）系统 （A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级 二填空（20分） 1.任何一个共焦腔与等价，
而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。(4分) 2.光子简并度指光子处于、 、、。（4分） 3．激光器的基本结构包括三部分，即、 和。（3分） 4．影响腔内电磁场能量分布的因素有、 、。（3分） 5．有一个谐振腔，腔长L=1m，在1500MHｚ的范围内所包含的纵模个数为 个。（2分） 6．目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是、、和。（4分） 三、计算题（42分） 1．（8分）求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。已知＝6328?，1/f(ν) ＝109Hz，＝1，设总损耗率为，相当于每一反射镜的等效反射率R＝l－L ＝98.33％，＝10—7s，腔长L＝0.1m。 2．（12分）稳定双凹球面腔腔长L＝1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为R 1＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。 ＝1.5m,R 2 3．（12分）从镜面上的光斑大小来分析，当它超过镜子的线度时，这样的横模就不可能存在。试估算在L＝30cm,2a=0.2cm的He-Ne激光方形镜共焦腔中所可能出现的最高阶横模的阶次是多大？ 4．4．（10分）某高斯光束的腰斑半径光波长。求与腰斑相距z=30cm处的光斑及等相位面曲率半径。 四、论述题（8分） 1．（8分）试画图并文字叙述模式竞争过程
激光原理试卷汇总
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( )
激光原理及应用习题
" 《激光原理及应用》习题 1. 激光的产生分为理论预言和激光器的诞生两个阶段简述激光理论的创始人，理论要点和提出理论的时间。简述 第一台激光诞生的时间，发明人和第一台激光器种类 答：激光理论预言是在1905年爱因斯坦提出的受激辐射理论。世界上第一台激光器是于1960年美国的梅曼研制成功的。第一台激光器是红宝石激光器。 2. 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，线型为洛仑兹线型。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，线型为高斯线型。多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。 3. } 4. 军事上的激光器主要应用那种激光器为什么应用该种激光器 答：军事上主要用的是CO 2激光器，这是因为CO 2激光波长处于大气窗口，吸收少，功率大，效率高等特点。 5. 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。 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. $ 4. 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。 5. 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），CO 2激光器，μm（红外） 计算题 1．激光器为四能级系统，已知3能级是亚稳态能级，基态泵浦上来的粒 子通过无辐射跃迁到2能级，激光在2能级和1能级之间跃迁的粒子产 生。1能级与基态（0能级）之间主要是无辐射跃迁。 （1）在能级图上划出主要跃迁线。 — （2）若2能级能量为4eV ，1能级能量为2eV ，求激光频率； 解：（1）在图中画出 （2）根据爱因斯坦方程 21h E E ν=- 得 ()19142134 42 1.610 4.829106.62610E E Hz h ---??-===??ν R3 32ω ， 21 ω
激光原理及应用 (1)
广东工业大学考试试卷 ( A ) 课程名称: 激光原理及应用 考试时间: 第 18 周星期 五 一单项选择（30分） 1．自发辐射爱因斯坦系数与激发态E 2平均寿命τ的关系为（ B ） 2．爱因斯坦系数A 21和B 21之间的关系为（ C ） 3．自然增宽谱线为（ C ） （A ） 高斯线型 （B ）抛物线型 （C ） 洛仑兹线型 （D ）双曲线型 4．对称共焦腔在稳定图上的坐标为（ B ） （A ）（-1，-1） （B ） （0，0） （C ）（1，1） （D ）（0，1） 5．阈值条件是形成激光的（ C ） （A ）充分条件 （B ）必要条件 （C ）充分必要条件（D ）不确定 6．谐振腔的纵模间隔为（ B ） 7．对称共焦腔基模的远场发散角为（ C ） 8．谐振腔的品质因数Q 衡量腔的（ C ） （A ）质量优劣（B ）稳定性（C ） 储存信号的能力（D ）抗干扰性 9．锁模激光器通常可获得（ A ）量级短脉冲 10．YAG 激光器是典型的（ C ）系统 （A ）二能级 （B ）三能级 （C ） 四能级 （D ）多能级 )D ( )C ( 1 )B ( )A (212212121e A N A A A τ τττ==== 8 )D ( 8 )C ( 8 )B ( )A (22 2121332121332121212121c hv B A c hv B A Δv c v B A e g g B A kT hv πππ====-c L q v c L v L c v L c q v μμμμ2 )D ( 2 )C ( 2 )B ( 2 )A (=?= ?= ?=?L L L L πλ θπλθλπθπλθ222 )D ( 222 )C ( 42 )B ( 2 )A (≈≈≈≈ fs )D ( ns )C ( μs )B ( ps )A (