激光原理简答题(西南科技大学)
激光原理与技术复习——简答题精编版
激光原理复习题----填空简答论述1.什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。
这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。
2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度？答：光的相干性:在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。
相干时间：光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。
相干长度：相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。
3.何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源的光子简并度与它的相干性什么联系？答：光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度。
光子简并度有以下几种相同含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
联系：激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。
4.什么是黑体辐射？写出公式,并说明它的物理意义。
答：黑体辐射：当黑体处于某一温度的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。
物理意义：在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。
.5.描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
Page10答：(1)自发辐射：处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并发射一个能量为的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。
特征：a) 自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程,无需外来光。
b) 每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为，各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。
激光原理习题答案
激光原理习题答案激光是一种特殊的光源，它具有高度的单色性、相干性、方向性和亮度。
激光的产生基于受激辐射原理，即当原子或分子被激发到高能级状态后，受到外部光子的激发，以相同的频率、相位和方向释放出光子。
以下是一些激光原理习题的答案：1. 激光的产生条件：- 粒子数反转：在激光介质中，高能级上的粒子数必须大于低能级上的粒子数。
- 光学谐振腔：激光器内部需要有一个反射镜和一个半反射镜构成的谐振腔，以形成反馈机制。
2. 激光的分类：- 固体激光器：如红宝石激光器、Nd:YAG激光器等。
- 气体激光器：如氦氖激光器、CO2激光器等。
- 半导体激光器：也称为激光二极管，广泛应用于通信和数据存储。
3. 激光的特性：- 单色性：激光的波长非常窄，颜色非常纯净。
- 相干性：激光的光波具有相同的频率和相位。
- 方向性：激光束具有很好的方向性，发散角很小。
4. 激光的应用：- 医学：用于手术切割、治疗等。
- 工业：用于材料加工，如焊接、切割、打标等。
- 通信：光纤通信中使用激光作为信号载体。
5. 激光的安全问题：- 激光可能对眼睛造成损伤，使用时应采取适当的防护措施。
- 激光器应按照安全等级分类，并遵守相应的操作规程。
6. 激光器的工作原理：- 泵浦源提供能量，将介质中的粒子激发到高能级。
- 高能级粒子在受到外部光子的激发下，通过受激辐射释放出光子。
- 释放的光子在谐振腔中来回反射，不断被放大，最终形成激光束输出。
7. 激光的调制和调Q技术：- 调制：通过改变激光的参数（如频率、强度）来传输信息。
- 调Q：通过改变谐振腔的品质因数，实现激光脉冲的压缩和放大。
8. 激光的光谱特性：- 激光的光谱非常窄，通常用线宽来描述。
- 线宽越窄，激光的单色性越好。
9. 激光的相干长度：- 相干长度是激光在保持相干性的情况下能够传播的最大距离。
10. 激光的发散角：- 发散角是激光束在传播过程中的扩散程度，与激光的模式有关。
以上是一些基本的激光原理习题答案，希望能够帮助理解激光的基本原理和特性。
激光原理简答题整理
1.什么是光波模式答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。
这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。
2.如何理解光的相干性何谓相干时间、相干长度答：光的相干性：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。
相干时间: 光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。
相干长度:相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。
3.何谓光子简并度，有几种相同的含义激光源的光子简并度与它的相干性什么联系答:光子简并度:处于同一光子态的光子数称为光子简并度。
光子简并度有以下几种相同含义: 同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
联系: 激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。
4.什么是黑体辐射写出公式，并说明它的物理意义。
答：黑体辐射:当黑体处于某一温度的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。
物理意义:在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。
5.描述能级的光学跃迁的二大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
答：(1)自发辐射:处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并发射一个能量为hv的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。
特征：a)自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程，无需外来光。
b)每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为V，各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。
激光原理简答题(西南科技大学)
光学谐振腔的作用1、提供正反馈（放大）作用（1）腔镜的反射率（吸收、透射少，反射率大；反之亦然）；（2）腔镜的形状及组合方式。
2、控制振荡光束，表现在三个方面（1）控制纵模的数目—光的模式少，光子的简并度高（2）控制高阶横模—基模光强大、光斑小、发散角小（3）控制各种损耗—在增益一定的条件下，通过控制损耗来控制激光的输出。
横模的形成a 、谐振腔中稳定的激光等效于任何波面的光通过一系相同列光栏后形成的自再现光场b 、光栏有衍射，因此在光束的不同位置光将形成干涉叠加，这种稳定的叠加就形成了横模c 、不同位置稳定场形成的条件不同，故而有不同频率。
不同频率的横模的光场有不同的横向分布，它们是重叠在激光腔的同一空间内。
1、损耗的种类（1）几何损耗：非平行轴的光线，折、反出腔外的损耗。
① 光腔结构和尺寸影响的损耗；② 横模阶次的高低不同损耗不同。
一般，高阶模的损耗大。
（2）衍射损耗：反射镜尺寸有限、腔中有插件，必有衍射。
① 损耗与菲涅尔数N=a2/Lλ有关，该常数越小，损耗越大。
② 与腔的几何结构有关，参数g=1-L/R 越小损耗越大。
③ 与横模的阶次有关，阶次越高损耗越大。
（3）腔镜反射不完全引起的损耗① 反射镜吸收、散射引起的损耗；②反射镜的部分出射引起的损耗（对固体激光器可达50%）（4）非激活吸收、散射引起的损耗① 腔内加插件引起的损耗a 、产生偏振光的布儒斯特窗口b 、提高激光瞬间强输出功率的调Q 元件c 、各种用途的加载调制元件② 非激活介质的吸收、散射两个相同腔面共振漠视的积分方程 意义腔内可能存在着得稳定的共振光波场，他们由一个腔面传播到另一个腔面的过程中虽然经受了衍射效应，但这些光波场在两个腔面处得相应振幅分布和相位分布保持不变，亦即共振光波场在腔内多次往返过程中始终保持自洽或自再现的条件。
方形镜共焦腔： 长椭球函数，在N 很大的情况，可以表示成厄米多项式与高斯函数乘积的形式。
圆形镜共焦腔： 超椭球函数，在N 很大的情况，可以表示成拉盖尔多项式与高斯函数乘积的形式。
激光原理复习题(含参考答案)
激光原理复习题（含参考答案）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11. 任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔唯一地等价于一个共焦腔。
12. 激光器的基本结构包括三部分，即工作物质、激励物质光学谐振腔。
13. 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10 个（设μ=1）。
14. 激光的特点是相干性强、单色性佳、方向性好高亮度。
15 调Q 技术产生激光脉冲主要有 、 两种方法，调Q 激光器通常可获得ns 量级短脉冲，锁模有 和 两种锁模方式。
锁模 、 调Q 主动锁模 被动锁模16. 受激辐射激励发射出的光子与外来光完全相同，即 ， ， ， 。
传播方向相同，相位相同，偏振态相同，频率相同17写出光与物质相互作用的爱因斯坦关系式，说明其物理含义。
答：(1)自发辐射跃迁几率2121211sp s dn A dt n τ⎛⎫== ⎪⎝⎭，表示了单位时间内从高能级向低能级跃迁的原子数与高能级原有粒子数的比例。
(2)受激吸收跃迁几率121211st dn W dt n ⎛⎫= ⎪⎝⎭，表示单位时间内由于受激跃迁引起的由低能级向高能级跃迁的原子数和低能级原子数的比例。
最新激光原理简整理
1.什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。
这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。
2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度？答：光的相干性：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。
相干时间: 光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。
相干长度:相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。
3.何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源的光子简并度与它的相干性什么联系？答:光子简并度:处于同一光子态的光子数称为光子简并度。
光子简并度有以下几种相同含义: 同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
联系: 激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。
4.什么是黑体辐射？写出公式，并说明它的物理意义。
答：黑体辐射:当黑体处于某一温度的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。
物理意义:在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。
5.描述能级的光学跃迁的二大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
答：(1)自发辐射:处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并发射一个能量为hv的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。
特征：a)自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程，无需外来光。
b)每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为V，各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。
激光物理简答题
第一章激光器的基本原理1、问：产生激光的条件是什么？(戴大鹏)答： 1.受激辐射是激光产生的必要条件； 2.要形成激光，工作物质必须具有亚稳态能级，这是产生激光的第二个条件； 3.选择适当的物质，使其在亚稳态能级上的电子比低能级上的电子还多，即形成粒子束反转，这是形成激光的第三个条件；4.激光中开始产生的光子是自发辐射产生的，其频率和方向是杂乱无章的。
要使得频率单纯，方向集中，就必须有一个谐振腔，这是形成激光的第四个条件；5. 只有使光子在腔中振荡一次产生的光子数比损耗掉的光子要多得多，才能有放大作用，这是产生激光的第五个条件。
2、问：什么是粒子数反转？(钟双金)粒子数反转 (population inversion )是激光产生的前提。
两能级间受激辐射几率与两能级粒子数差有关。
在热平衡状态下，粒子数按能态的分布遵循玻耳兹曼分布律，这种情况得不到激光。
为了得到激光，就必须使高能级 E2 上的原子数目大于低能级 E1 上的原子数目，因为 E2 上的原子多，发生受激辐射，使光增强(也叫做光放大) 。
为了达到这个目的，必须设法把处于基态的原子大量激发到亚稳态 E2，处于高能级 E2 的原子数就可以大大超过处于低能级 E1 的原子数。
这样就在能级 E2 和 E1 之间实现了粒子数的反转。
实现粒子数反转的条件：通常实现粒子数反转要依靠两个以上的能级：低能级的粒子通过比高能级还要高一些的泵浦能级抽运到高能级。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发激光材料，称为电激励；也可用脉冲光源来照射光学谐振腔内的介质原子，称为光激励；还有热激励、化学激励等。
各种激发方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了使激光持续输出，必须不断地“泵浦”以补充高能级的粒子向下跃迁的消耗量。
3、什么叫纵模、横模？由谱线宽度和腔长来估算可能振荡的纵模数目答案：光场在腔内的纵向和横向分布分别叫做纵模和横模。
横模数目 n=谱线宽度/c纵模数目 n=谱线宽度/ (c/2*腔长 L)第二章激光器的速率方程理论答案：第三章 密度矩阵1：考虑衰减过程、原子的泵浦或激发过程，写出在初始光场为零时的光学布洛 赫方程并说明各项含义。
西南科技大学 激光原理重点
1. 开放式光学谐振腔损耗种类描述：（1）.几何损耗：不平行于光轴的光线在某些几何结构腔的腔内经有限次往返传播后，有肯能从腔的侧面偏折出去，即使平行于光轴的光线仍然也存在有偏折出腔外的可能。
其大小首先取决于腔的类型和几何尺寸。
其次，几何损耗的高低依横膜阶次的不同而异。
（2）.衍射损耗：由于反射镜几何尺寸有限，因而光波在腔内往返传播时必然因腔镜边缘的衍射效应而产生损耗。
当在腔内插入其他光学元件，还应考虑其边缘或孔径的引起的损耗。
（3）.腔镜反射不完全引起的损耗：包括镜中的吸收、散射以及镜的透射损耗。
（4）.非激活吸收散射等其他损耗：因为激光通过腔内光学元件和反射镜发生非激活吸收、散射等引起。
前两种损耗常称为选择性损耗，它随不同横膜而异。
后两种损耗称为非选择性损耗，与光波的模式无关。
2. 传输矩阵对谐振腔稳定区域的判定：按照光线传播通过的光学器件和空间将谐振腔从左至右相乘：⎥⎦⎤⎢⎣⎡1 11 1D C B A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡2 22 2D C B A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡3 33 3D C B A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡4 44 4D C B A =⎥⎦⎤⎢⎣⎡D C B A可得A B C D,稳定性条件为：-1<1/2（A+D ）<1将矩阵带入，可得：0<(1-L/R 1)(1-L/R 2)<13. 传输矩阵计算：取某一光学元件传输矩阵为M=⎥⎦⎤⎢⎣⎡D C B A ， 则一束初始坐标为x 1,方向θ1的光束通过该光学元件后的坐标参数与方向：⎥⎦⎤⎢⎣⎡θ22x = ⎥⎦⎤⎢⎣⎡D C B A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡θ11x =M （L ）⎥⎦⎤⎢⎣⎡θ11x4. 高斯光束q 因子用法及计算公式：光束在谐振腔中循环一周的变换矩阵ABCD 为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡D C B A =⎥⎦⎤⎢⎣⎡2 22 2A C B D ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-1 2/20 1R ⎥⎦⎤⎢⎣⎡2 22 2D C B A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡1 11 1D C B A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-1 2/20 1R ⎥⎦⎤⎢⎣⎡1 11 1A C B D设高斯光束从腔内某一参考面P 出发时复参数为q ，在腔内往返一周后其复参数的q ’则按复参数传输的ABCD 定律式可得：q’=Aq+B/Cq+D根据高斯光束在腔内形成自再现模的条件为：q=q’q=Aq+B/Cq+D对q求解：1/q=1/R-i(λ/πω2 )。
激光原理简答1
答：共焦球面扫描干涉仪是一个无源谐振腔。
由两块球形凹面反射镜构成共焦腔,既两块镜的曲率半径和腔长相等，R1=R2=L。
反射镜度有高反射膜。
两块镜中的一块是固定不变的，另一块固定在可随外加电压而变得电压陶瓷环上。
改变腔长L或改变腔内折射率n，就可以使不同波长的光以最大的透射率透射，实现光谱扫描。
从而使各个激光模式依次通过干涉仪，由光电接收器转换成电信号，并连接到示波器观察。
从而荧光屏上即显示出透过干涉仪的激光模式。
2.简述电光调Q技术的原理，框图及调节Q开关注意问题。
答：调Q原理：通过某种方法使谐振损耗按照规定的程序变化，在泵浦激励刚开始时，先使光腔具有高损耗，激光器由于阈值高而不能产生激光振荡，于是亚稳态上的粒子数便可以积累到较高的水平。
然后在适当的时刻，使腔的损耗突然降低，阈值也随之突然降低，此时反转集居数大大超过阈值，受激辐射极为迅速地增强。
在极短时间内，上能级储存的大部分粒子的能量转变为激光能量，在输出端有一个强的激光巨脉冲输出。
电光调Q：利用晶体的普克尔效应来实现损耗突变。
注意问题：激光器输出的光能量高、功率密度大，应避免直射到眼睛。
避免用手接触激光器的输出镜，晶体的镀膜面，膜片应防潮，不用的晶体，输出腔片用镜头纸包好，放在干燥器里。
3.简述非均匀加宽工作物质增益饱和的“烧孔效应”及特性。
答：入射光强与饱和光强可比拟时，入射光强增加，增益系数减少。
这就是非均匀加宽情况下的增益饱和现象。
增益曲线的烧孔效应：在非均匀增宽型介质中，频率为、强度为I 的光波只在附近宽度约为的范围内有增益饱和作用。
增益系数在处下降的现象称为增益系数的“烧孔”效应。
空间烧孔效应：当频率为v的纵模在谐振腔内产生稳定振荡时，腔内就会形成驻波场，波腹处的光强最大，波节处的光强最小。
频率为v的模在腔内的平均增益系数为g，但轴向上各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数最小，波节处增益系数最大，这一现象为增益的空间烧孔效应。
激光原理复习题(含参考答案)
激光原理复习题（含参考答案）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11. 任何一个共焦腔与 无穷多个稳定球面腔 等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔 唯一 地等价于一个共焦腔。
12. 激光器的基本结构包括三部分，即 工作物质 、 激励物质 光学谐振腔 。
13. 有一个谐振腔，腔长L=1m ，在1500MH ｚ的范围内所包含的纵模个数为 10 个（设μ=1）。
14. 激光的特点是 相干性强 、 单色性佳 、方向性好 高亮度 。
15 调Q 技术产生激光脉冲主要有 、 两种方法，调Q 激光器通常可获得ns 量级短脉冲，锁模有 和 两种锁模方式。
锁模 、 调Q 主动锁模 被动锁模16. 受激辐射激励发射出的光子与外来光完全相同，即 ， ， ， 。
传播方向相同，相位相同，偏振态相同，频率相同17写出光与物质相互作用的爱因斯坦关系式，说明其物理含义。
答：(1)自发辐射跃迁几率2121211sp s dn A dt n τ⎛⎫== ⎪⎝⎭，表示了单位时间内从高能级向低能级跃迁的原子数与高能级原有粒子数的比例。
(2)受激吸收跃迁几率121211st dn W dt n ⎛⎫= ⎪⎝⎭，表示单位时间内由于受激跃迁引起的由低能级向高能级跃迁的原子数和低能级原子数的比例。
激光原理试题及答案
激光原理试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 激光的产生原理是基于以下哪种效应？A. 光电效应B. 康普顿效应C. 受激辐射D. 多普勒效应答案：C2. 激光器中，用于提供能量的介质被称为什么？A. 增益介质B. 反射介质C. 吸收介质D. 传输介质答案：A3. 激光器中，用于将光束聚焦的元件是：A. 透镜B. 棱镜C. 反射镜D. 滤光片答案：A4. 激光的波长范围通常在：A. 红外线B. 可见光C. 紫外线D. 所有选项5. 以下哪种激光器是固态激光器？A. CO2激光器B. 氩离子激光器C. 钕玻璃激光器D. 所有选项答案：C6. 激光的相干性意味着：A. 波长一致B. 相位一致C. 频率一致D. 所有选项答案：D7. 激光器的输出功率通常用以下哪种单位表示？A. 瓦特B. 焦耳C. 牛顿D. 伏特答案：A8. 激光切割机利用激光的哪种特性进行切割？A. 高亮度B. 高方向性C. 高单色性D. 高相干性答案：A9. 激光冷却技术主要应用于：B. 工业C. 物理学研究D. 军事答案：C10. 激光二极管通常使用的半导体材料是：A. 硅B. 锗C. 砷化镓D. 碳化硅答案：C二、填空题（每题2分，共20分）1. 激光的英文全称是________。
答案：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation2. 激光器的三个主要组成部分是________、________和________。
答案：工作物质、激励源、光学谐振腔3. 激光器中，________用于提供能量，________用于产生激光。
答案：激励源、工作物质4. 激光的________特性使其在通信领域有广泛应用。
答案：高相干性5. 激光器的________特性使其在医疗手术中具有高精度。
答案：高方向性6. 激光冷却技术中，激光与原子相互作用的效应被称为________。
(完整版)激光原理第一章答案
第一章 激光的基本原理1. 为使He-Ne 激光器的相干长度达到1km ,它的单色性0/λλ∆应是多少? 提示: He-Ne 激光器输出中心波长632.8o nm λ= 解: 根据c λν=得 2cd d d d ννλνλλλ=-⇒=-则 ooνλνλ∆∆=再有 c c cL c τν==∆得106.32810o o o c o c c L L λλνλνν-∆∆====⨯ 2. 如果激光器和微波激射器分别在=10μm λ、=500nm λ和=3000MHz ν输出1W 连续功率，问每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？解：设输出功率为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 ⨯3．设一对激光能级为2E 和1E (21f f =)，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=？解：当物质处于热平衡状态时，各能级上的粒子数服从玻尔兹曼统计分布,则(a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时：(b) 当λ=1μm ，T=300K 时：cP nh nh νλ==PP n h hcλν==2211()exp exp exp b b b n E E h hc n k T k T k T νλ⎡⎤⎛⎫⎛⎫-=-=-=- ⎪ ⎪⎢⎥⎣⎦⎝⎭⎝⎭3492231 6.62610310exp 11.3810300n n --⎛⎫⨯⨯⨯=-≈ ⎪⨯⨯⎝⎭34822361 6.62610310exp 01.381010300n n ---⎛⎫⨯⨯⨯=-≈ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭(c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时：4. 在红宝石调Q 激光器中，有可能将几乎全部3+r C 离子激发到激光上能级并产生激光巨脉冲。
精简版---激光原理知识点+复习90题
T
A C
1 2L
B D
2 R1
R2
2 R2
1
2L R1
2 L1
L R2
2L R1
1
2L R1
1
2L R2
把条件 R1 R2 R L 带入到转换矩阵 T，得到：
T
A C
B D
1 0
0 1
共轴球面腔的稳定判别式子 1 1 A D 1
2
如果 1 A D 1 或者 1 A D 1 ，则谐振腔是临界腔，是否是稳定腔要根据情况来定。本题中 ，
(1)判断腔的稳定性; (2)求输出端光斑大小； (3)若输出端刚好位于焦距 f=0.1m 的薄透镜焦平面上，求经透镜聚焦后的光腰大小和位置。
解: (1)如图所示，等效腔长
L
'
a
b
0.44
m
0.1 m 1.7
0.5m
由等效腔长可得
：
g1 g 2
1
L' R1
1
L' R2
1
0.5 1
1
0.5
2
1
1.52 1
1.52
要达到稳定腔的条件，必须是 1 1 A D 1，按照这个条件，得到腔的几何长度为：
2
1.17 L1 2.17 ，单位是米。（作图）
11
4.4（夏珉习题 2.19 数据有改变）如图 2.8 所示，波长 1.06m的钕玻璃激光器,全反射镜的曲率半径
R=1m，距离全反射镜 0.44m 处放置长为 b=0.1m 的钕玻璃棒，其折射率为 n=1.7。棒的右端直接 镀上半反射膜作为腔的输出端。
第三章
光学谐振腔
（完整版）激光原理简答题整理
（完整版）激光原理简答题整理1?什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。
这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。
2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度？答：光的相干性：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。
相干时间：光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。
相干长度：相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。
3?何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源的光子简并度与它的相干性什么联系？答：光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度。
光子简并度有以下几种相同含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
联系: 激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。
4?什么是黑体辐射？写出公式，并说明它的物理意义。
答：黑体辐射：当黑体处于某一温度的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。
物理意义：在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。
5. 描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
答：（1）自发辐射：处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并发射一个能量为hv的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。
特征：a）自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程，无需外来光。
b）每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为v,各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。
激光原理部分题答案
激光原理部分题答案(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--07级光信息《激光原理》复习提纲简答题1、 简述自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的联系与区别。
（1）受激辐射过程是一种被迫的、受到外界光辐射控制的过程。
没有外来光子的照射，就不可能发生受激辐射。
(2) 受激辐射所产生的光子与外来激励光子属于同一光子状态，具有相同的位相、传播方向和偏振状态。
(3) 激光来自受激辐射，普通光来自自发辐射。
两种光在本质上相同：既是电磁波，又是粒子流，具有波粒二象性；而 不同之处：自发辐射光没有固定的相位关系，为非相干光， 而激光有完全相同的位相关系，为相干光。
(4) 自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身，而受激辐射的跃迁几率决定于受激辐射系数与外来光单色能量密度的乘积。
（5）受激吸收是与受激辐射相反的过程，它的几率与受激辐射几率一样取决于吸收系数和外来光单色辐射能量密度的乘积。
2、二能级系统有无可能通过光泵浦实现稳态粒子数反转（不能，PPT 上有）在光和原子相互作用达到稳定条件下得到 不满足粒子数反转，所以不能实现。
3、简述均匀增宽和非均匀增宽的区别。
（类型，贡献不同ppt 上有）4、简述光谱线增宽类型，它们之间的联系与区别E 1E 2WW W B B ===2112 2112 即当t n B t n B t n A ννd d d 112221221ρρ=+WA W n n +=2112均匀增宽的共同特点引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的 都是光辐射偏离简谐波引起的谱线加宽非均匀增宽的共同特点原子体系中每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，因而可以区分谱线上某一频率范围是由哪一部分原子发射的。
均匀增宽同非均匀增宽的区别是均匀增宽中每一个原子对谱线宽度内任意频率都有贡献，且贡献相同；而非均匀增宽中每一个原子只对其速度所对应的频率有贡献，即不同速度的原子的作用是不同的。
激光原理、
激光原理、激光（Laser）是光的一种特殊形式，具有高度的单色性、相干性和方向性。
激光产生的基本原理是通过光的受激辐射过程，将能量从一个原子或分子的激发态转移到另一个较低的激发态。
激光在现代科学和技术中有着广泛的应用，如医学、通信、测距、材料加工等领域。
激光的原理主要包括三个方面：激发、放大和反馈。
激发：激光的产生需要外部能量的输入，这个过程称为激发。
激发的方式有多种，如光激发、电子激发、化学激发等。
其中，光激发是最常见的方式之一。
通过用一个光源照射到某些物质上，使其处于激发态。
当物质从激发态退回到基态时，会释放出能量。
放大：放大是指将激发态下的原子或分子的能量转移到其他原子或分子上，使它们也处于激发态。
这个过程称为受激辐射。
在受激辐射的过程中，一个光子和一个激发的原子或分子发生相互作用，激发的原子或分子退回到基态，同时释放出一个与入射光子相同的光子。
反馈：反馈是指将部分激发态的光子重新返回到激发态的物质中，从而使激发态的原子或分子继续发射光子。
这个过程通过光学谐振腔实现，谐振腔是由两个反射率很高的镜子组成的。
当光子在谐振腔中来回多次反射时，会与物质发生多次的受激辐射，从而形成一个相干的光束，即激光。
激光的特点是具有高度的单色性、相干性和方向性。
高度的单色性意味着激光具有非常狭窄的频率范围，这使得激光在很多应用中非常有用，如光谱分析和光学干涉。
相干性是指激光中的光波具有固定的相位关系，这使得激光可以产生干涉现象，如激光干涉仪和激光干涉测量。
方向性是指激光具有非常窄的发射角度，这使得激光可以被聚焦成非常小的光斑，从而实现高分辨率的成像和精细的加工。
激光在各个领域都有广泛的应用。
在医学领域，激光被用于进行手术切割、白内障手术和皮肤美容等。
在通信领域，激光被用于光纤通信和激光雷达等。
在测距领域，激光被用于测量地球到月球的距离和建筑物的高度等。
在材料加工领域，激光被用于激光切割、激光焊接和激光打标等。
总结起来，激光的产生是通过激发、放大和反馈三个过程实现的。
激光原理答案
激光原理答案(总30页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《激光原理》习题解答第一章习题解答1 为了使氦氖激光器的相干长度达到1KM ，它的单色性0λλ∆应为多少解答：设相干时间为τ，则相干长度为光速与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ根据相干时间和谱线宽度的关系 cL c ==∆τν1又因为γνλλ∆=∆，0λνc=，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式： 单色性=ννλλ∆=∆=c L 0λ=101210328.61018.632-⨯=⨯nmnm解答完毕。
2 如果激光器和微波激射器分别在10μｍ、500nm 和Z MH 3000=γ输出1瓦连续功率，问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少。
解答：功率是单位时间内输出的能量，因此，我们设在dt 时间内输出的能量为dE ，则 功率=dE/dt激光或微波激射器输出的能量就是电磁波与普朗克常数的乘积，即d νnh E =，其中n 为dt 时间内输出的光子数目，这些光子数就等于腔内处在高能级的激发粒子在dt 时间辐射跃迁到低能级的数目（能级间的频率为ν）。
由以上分析可以得到如下的形式：ννh dth dE n ⨯==功率 每秒钟发射的光子数目为：N=n/dt,带入上式，得到：()()()13410626.61--⨯⋅⨯====s s J h dt n N s J νν功率每秒钟发射的光子数根据题中给出的数据可知：z H mms c13618111031010103⨯=⨯⨯==--λν z H mms c1591822105.110500103⨯=⨯⨯==--λνz H 63103000⨯=ν把三个数据带入，得到如下结果：19110031.5⨯=N ，182105.2⨯=N ，23310031.5⨯=N3 设一对激光能级为E1和E2（f1=f2），相应的频率为ν（波长为λ），能级上的粒子数密度分别为n2和n1，求(a)当ν=3000兆赫兹，T=300K 的时候，n2/n1= (b)当λ=1μm ，T=300K 的时候，n2/n1= (c)当λ=1μm ，n2/n1=时，温度T=解答:在热平衡下，能级的粒子数按波尔兹曼统计分布，即：TK E E T k h f f n n b b )(expexp 121212--=-=ν（统计权重21f f =） 其中1231038062.1--⨯=JK k b为波尔兹曼常数，T 为热力学温度。
激光原理考试复习资料
1.激光原理（概念，产生）：激光的意思是“光的受激辐射放大”或“受激发射光放大”，它包含了激光产生的由来。
刺激、激发，散发、发射，辐射2.激光特性：（1）方向性好（2）亮度高（3）单色性好（4）相干性好：3.激光雷达：激光雷达，是激光探测及测距系统的简称。
工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。
4.激光的回波机制：激光雷达的探测对象分为两大类，即软目标与硬目标。
软目标是指大气和水体（包括其中所包含的气溶胶等物质）等探测对象，而硬目标则是指陆地、地物以及空间飞行物等宏观实体探测对象。
软目标的回波机制：（1）Mie散射是一种散射粒子的直径与入射激光波长相当或比之更大的一种散射机制。
Ｍie散射的散射光波长与入射光波长相当，散射时光与物质之间没有能量交换发生。
因此是一种弹性散射。
（2）Rayleigh散射（瑞利散射）：指散射光波长等于入射光波长，而且散射粒子远远小于入射光波长，没有频率位移（无能量变化，波长相同）的弹性光散射。
（3）Raman散射（拉曼散射）：拉曼散射是激光与大气和水体中各种分子之间的一种非弹性相互作用过程，其最大特点是散射光的波长和入射光不同，产生了向长波或短波方向的移动。
而且散射光波长移动的数值与散射分子的种类密切相关。
（4）共振荧光：原子、分子在吸收入射光后再发射的光称为荧光.当入射激光的波长与原子或分子内能级之间的能量差相等时，激光与原子或分子的相互作用过程变为共振荧光。
（5）吸收：吸收是指当入射激光的波长被调整到与原子分子的基态与某个激发态之间的能量差相等时，该原子、分子对入射激光产生明显吸收的现象。
硬目标的回波机制：激光与由宏观实体构成的硬目标作用机制反射、吸收和透射。
当一束激光射向硬目标物体时，一部分激光能量从物体表面反射、一部分激光能量被物体吸收、而剩下的激光能量则将穿透该物体。
硬目标对激光能量的反射机制最为重要。
硬目标回波机制包括：镜面反射、漫反射，方向反射1.机载激光雷达系统组成：机载LiDAR系统由测量激光发射点到被测点间距离的激光扫描仪、测量扫描装置主光轴的空间姿态参数的高精度惯性导航系统（IMU）、用于确定扫描投影中心的空间位置的动态差分全球导航定位系统（DGPS）、确保所有部分之间的时间同步的同步控制装置、搭载平台等部分组成。
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光学谐振腔的作用
1、提供正反馈（放大）作用（1）腔镜的反射率（吸收、透射少，反射率大；反之亦然）；（2）腔镜的形状及组合方式。
2、控制振荡光束，表现在三个方面（1）控制纵模的数目—光的模式少，光子的简并度高
（2）控制高阶横模—基模光强大、光斑小、发散角小（3）控制各种损耗—在增益一定的条件下，通过控制损耗来控制激光的输出。
横模的形成
a 、谐振腔中稳定的激光等效于任何波面的光通过一系相同列光栏后形成的自再现光场
b 、光栏有衍射，因此在光束的不同位置光将形成干涉叠加，这种稳定的叠加就形成了横模
c 、不同位置稳定场形成的条件不同，故而有不同频率。
不同频率的横模的光场有不同的横向分布，它们是重叠在激光腔的同一空间内。
1、损耗的种类
（1）几何损耗：非平行轴的光线，折、反出腔外的损耗。
① 光腔结构和尺寸影响的损耗；② 横模阶次的高低不同损耗不同。
一般，高阶模的损耗大。
（2）衍射损耗：反射镜尺寸有限、腔中有插件，必有衍射。
① 损耗与菲涅尔数N=a2/Lλ有关，该常数越小，损耗越大。
② 与腔的几何结构有关，参数g=1-L/R 越小损耗越大。
③ 与横模的阶次有关，阶次越高损耗越大。
（3）腔镜反射不完全引起的损耗
① 反射镜吸收、散射引起的损耗；②反射镜的部分出射引起的损耗（对固体激光器可达50%）
（4）非激活吸收、散射引起的损耗① 腔内加插件引起的损耗
a 、产生偏振光的布儒斯特窗口
b 、提高激光瞬间强输出功率的调Q 元件
c 、各种用途的加载调制元件
② 非激活介质的吸收、散射
两个相同腔面共振漠视的积分方程 意义
腔内可能存在着得稳定的共振光波场，他们由一个腔面传播到另一个腔面的过程中虽然经受了衍射效应，但这些光波场在两个腔面处得相应振幅分布和相位分布保持不变，亦即共振光波场在腔内多次往返过程中始终保持自洽或自再现的条件。
方形镜共焦腔： 长椭球函数，在N 很大的情况，可以表示成厄米多项式与高斯函数乘积的形式。
圆形镜共焦腔： 超椭球函数，在N 很大的情况，可以表示成拉盖尔多项式与高斯函数乘积的形式。
单程衍射损耗
损耗随着菲涅耳系数N 的增大而迅速减小
菲涅耳系数相同时，不同横模的损耗不同，模的阶次越高，损耗越大；
共焦腔模的损耗要小于平面腔模的损耗，这是因为共焦腔对光束会聚作用的结果。
自再现模的衍射损耗小于均匀平面波的衍射损耗，因为自再现模的形成过程反应了衍射损耗的影响，从而使得边缘部分强度变小，衍射损耗的作用变小。
1 模式的损耗随菲涅耳数N 值的增大而急剧减小；
2 共焦腔损耗＜共心腔损耗＜平面腔损耗
3 基模的损耗<高阶模的损耗，模阶次越高，损耗越大；
稳定腔的优点：衍射损耗小
稳定腔的缺点：模体积小，利用的反转粒子数少，
平行平面腔的优点：模体积大
平行平面腔的缺点：调节精度很高
一、非稳定腔的优点和缺点：
非稳定腔的优点：大的可控模体积，通过扩大反射镜的尺寸，扩大模的横向尺寸；
可控的衍射耦合输出，输出耦合率与腔的几何参数g 有关；容易鉴别和控制横模；
易于得到单端输出和准直的平行光束。
非稳定腔的缺点：输出光束截面呈环状；光束强度分布是不均匀的，显示出某种衍射环。
高斯光束聚焦的方法(1)采用短焦距透镜，使f 尽量减小；(2)使入射高斯光束腰斑远离透镜焦点，满足： 若使一个稳定腔所产生的高斯光束与另一个稳定腔产生的高斯光束相匹配，需在合适的位置放置一个焦距适当的透镜，使两束高斯光束互为物象共轭光束。
该透镜称为模匹配透镜。
f z
二、光谱线的加宽机制和类型
均匀加宽：引起加宽的物理因素对每个发光粒子都是等同的。
由于均匀加宽对每个原子的辐射的影响是相同的，因此在均匀加宽的影响下，每个原子都具有相同的辐射特性，即每个原子都以整个线型函数的形式辐射光子（洛伦兹线型）
自然加宽、 寿命加宽、压力加宽(碰撞加宽)、热声子加宽
非均匀加宽：由于某种物理因素的影响，使得发光原子有不同的表观中心频率，使总的辐射谱线加宽。
（高斯线型）
多普勒加宽、晶格缺陷加宽 综合加宽
自然加宽谱线具有洛伦兹线型谱，线宽度完全由原子在能级的自发辐射寿命决定，进一步说明了自然加宽是由原子具有有限的激发态寿命而引起的。
非均匀加宽的特点是，原子体系中每个原子只对谱线内与它的表观中心频率相对应的部分有贡献。
也就是说，体系中每个原子发出的光的线型函数不尽相同，每个原子有着各自的表观频率中心和发射特性。
体系的总的辐射线型函数是这些所有原子线型函数的综合。
均匀加宽和非均匀加宽的本质差别
从谱线加宽角度看：对均匀加宽，每个粒子的自发辐射具有完全相同的线型函数、线宽、中心频率。
对非均匀加宽，介质中的发光粒子可以分类，可探测到不同的中心频率。
对均匀加宽，整个介质的线型和线宽与单个粒子相同，对非均匀加宽，某个离子的线型和线宽不等于整个介质的谱线加宽和线宽。
对均匀加宽，不能把介质线型函数上的某一特定频率与介质中某类离子建立联系和对应关系。
对非均匀加宽，某类发光粒子仅对光谱线范围内某一特定频率有贡献，对其他频率无贡献。
当某一频率的准单色光与介质相互作用，对均匀加宽，入射光场与所有的粒子发生完全相同的共振相互作用，所有粒子具有相同的受激跃迁几率和极化强度。
对非均匀加宽，只有表观中心频率与入射光场频率相应的某类粒子凡是相互作用，不同粒子的极化情况也不同。
气体介质中的均匀加宽机制主要是：自然加宽、寿命加宽、碰撞加宽
气体介质中的非均匀加宽机制主要是多普勒加宽
对于气体工作物质，若粒子系统同时存在均匀加宽和非均匀加宽因素，其加宽线型为综合加宽线型
高温下，低离子浓度掺杂的晶体激光介质主要呈现由热声子加宽所决定的强均匀加宽特性，其线型函数近似由洛仑兹函数表示。
低温下，高浓度掺杂的晶体激光介质主要呈现由晶体随机无规则局部缺陷所决定的非均匀加宽特性，其线型函数可由高斯函数表示，其线宽一般较窄。
离子掺杂玻璃基质的光谱加宽出现出强非均匀加宽特性，其线宽通常较宽
液体介质的谱线加宽通常呈现强均匀加宽特性
什么是调Q 技术
调Q 技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。
调Q 技术的目的： 压缩脉冲宽度，提高峰值功率。
调节Q 值的途径 ：一般采取改变腔内损耗的办法来调节腔内的Q 值
Q 值与谐振腔的损耗成反比，要改变激光器的阈值，可以通过突变谐振腔的Q 值(或损耗a 总)来实现。
既然激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那么，要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）激光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激光器的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上能级的反转粒子数便可积累得很多。
当反转粒子数积累到最大时，再突然把阈值调到很低，此时，积累在上能级的大量粒子便雪崩式的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲激光输出。
改变激光器的阈值是提高激光上能级粒子数积累的有效方法。
调Q 技术就是通过某种方法使腔的Q 值随时间按一定程序变化的技术。
或者说使腔的损耗随时间按一定程序变化的技术 总a P W Q λππ22==。