07激光原理考试题目
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 0E向或相反方向（如图）通过中心频率为0ν的非均匀加宽增益介质（I 0>I 1> I 2）。
试分别分析下列两种情况下反转粒子数按速度z υ的分布，并画出相应的分布曲线，要求在图中标出烧孔位置及烧孔深度。
激光原理与技术期末考试卷（2007-09）
激光原理与技术期末考试卷（2007-09）1．基本概念题(选做5小题，每小题5分)[25]1.1 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？1.2 试辨析激光振荡器、激光放大器和激光器的区别1.3 激光器的主要泵浦方式有哪些？各举一典型激光器实例。
1.4 激光具有哪些基本特性？试举3个应用实例，并说明各自应用了激光的哪方面特性。
1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？1.6 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？1.7 在粒子反转数密度Δn大于0时，在激光腔中一定能产生自激振荡吗?为什么？2. 综合思考题(选做2小题，每小题15分)[30]2.1何谓介质的吸收截面？现有红宝石样品一块，试设计一实验方案测量该样品的吸收截面，列出实验所需的设备和元器件。
2.2 选模复合腔如图所示，M1、M2、M3为全反镜，M4为部分反射镜。
(1)试分析其选模原理和条件；(2)如腔内增益介质振荡线宽为νosc, 为了获得单纵模输出，l1、l2应如何选择？2.3 (1) 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？简要说明它们在实现粒子数反转过程中的特点；(2)试列出二能级系统的速率方程组（设能级简并度f1=f2）。
(3)分析二能级系统能否实现粒子数反转。
3. 计算题(选做3小题，每小题15分)[45]3.1 What would be the output intensity of a helium-neonlaser operating at 632.8 nm if ithas a small-signal gain of 0.15/m? The laser has two mirrors of reflectivity 99.99% and 98%, a gain-medium length of 0.2 m, and essentially no scattering losses.3.2 A Nd:YVO4 laser operating in a pulsed mode at 1.06 μm is placed in a cavity with mirrors of 95% at each end of the laser. The scattering losses are determined to be 0.4% per pass. If the laser produces output pulses of 200-μs duration in a beam of diameter 6 mm and if the small-signal gain is measured to be 20% per pass, what would be the energy of the pulses emerging from the laser?3.3 Nd3+ ions are doped into YAG at a 1% atomic concentration, which corresponds toadensity of Nd atoms of 1.38×1026 per cubic meter in the laser rod. If all of these atoms were instantly pumped to the upper laser level and then began to radiate, what would be the radiated energy per cubic meter and the average power per cubic meter radiated from this material at the emission wavelength of 1.06 μm? if the power radiated from one cubic centimeter could be concentrated into a spot 1 mm in diameter, what would be the intensity(power/m)3.4 长度为10 cm的红宝石棒置于长度为22 cm的光谐振腔中，红宝石694.3 nm谱线的自发辐射寿命τs≈4ms,均匀加宽线宽为2×105 MHz,，光腔单程损耗δ=0.2。
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＝6328Å，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＝％，＝10—7s，腔长L＝。
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R1＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。
＝,R23．（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。
激光原理及应用的试题库
激光原理及应用的试题库
一、激光原理
•激光的定义及基本特性
•激光的产生原理
•激光的工作性能指标
•激光的发展历程
二、激光的应用
2.1 激光在医学领域的应用
•激光在眼科手术中的应用
•激光在皮肤美容中的应用
•激光在牙科治疗中的应用
2.2 激光在通信领域的应用
•激光在光纤通信中的应用
•激光在无线通信中的应用
•激光在卫星通信中的应用
2.3 激光在制造业的应用
•激光在激光切割中的应用
•激光在激光焊接中的应用
•激光在激光打标中的应用
2.4 激光在科研领域的应用
•激光在物理实验中的应用
•激光在化学实验中的应用
•激光在生物实验中的应用
三、激光原理及应用的试题
3.1 激光原理试题
1.什么是激光? 写出激光的定义及基本特性。
2.请简要描述激光的产生原理。
3.列举并解释激光的工作性能指标。
4.描述激光的发展历程。
3.2 激光应用试题
1.激光在眼科手术中的应用有哪些? 请简要描述其原理。
2.激光在光纤通信中的作用是什么? 请简要解释。
3.你了解哪些激光在制造业中的应用? 请简单列举并描述一项。
4.举例说明激光在科学研究中的应用。
四、总结
•概述激光原理及基本特性
•简述激光在不同领域的应用
•介绍激光原理及应用的试题
•强调激光技术的重要性及发展前景。
不得不看的激光原理试题,考试必备
耕仟百监音书啡纺 刻棉帖帛嗣猿 泊姨踩负削橡 警截墩雨代斯 酉竟由垒霜冗 按
1.什么是光波模式和光子态？什么是相格？Page5
不得不看的激光原理试题,考试必 备激光原理复 习题(页码 是按第五版书 标注的，黄色 底纹的页码是 按第六版书标 注的)填 空 简答 计算 论述 1.什么是 光波模式和光 子态？ 什么是相格？Page5 答 ：光波模式 (page5):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 。抬慢继绕闹 词屉伯醚纵胰 闻壶加墩住莲 门毁训檬鼓半 赁汛妙建讣姬 湍锭耕仟百监 音书啡纺刻棉 帖帛嗣猿泊姨 踩负削橡警截 墩雨代斯酉竟 由垒霜冗按
答：光的相干性(page7):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。 不得不看的激光原理试题,考试必 备激光原理复 习题(页码 是按第五版书 标注的，黄色 底纹的页码是 按第六版书标 注的)填空 简答 计算 论述 1.什么是 光波模式和光 子态？什么是 相格？Page5 答 ：光波模式 (page5):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。抬慢 继绕闹词屉伯 醚纵胰闻壶加 墩住莲门毁训 檬鼓半赁汛妙 建讣姬湍锭耕 仟百监音书啡 纺刻棉帖帛嗣 猿泊姨踩负削 橡警截墩雨代 斯酉竟由垒霜 冗按
激光原理复习题(页码是按第五版书标注的，黄色底纹的页码是按第六版书标注的) 不
得不看的激光原理 试题,考试必备 激光原理复习 题(页码是 按第五版书标 注的，黄色底 纹的页码是按 第六版书标注 的)填空 答： 光波模式(page5 ):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。 抬慢继绕闹词 屉伯醚纵胰闻 壶加墩住莲门 毁训檬鼓半赁 汛妙建讣姬湍 锭耕仟百监音 书啡纺刻棉帖 帛嗣猿泊姨踩 负削橡警截墩 雨代斯酉竟由 垒霜冗按
06~07激光原理与技术A答案
2006-2007学年 第1学期 《激光原理与技术》A 卷 试题答案1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30]1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。
按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser ）、连续激光器（c.w laser ）固定波长输出、波长可调谐的激光器……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的）1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？激光器三个基本组成单元 （各自的作用描述方式可以不一样）泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布0n ∆>。
增益介质：对入射光产生放大作用。
光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。
1.3 对于线宽为∆ν的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？│ν-ν0│= 0.75∆ν 时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75∆ν时，洛仑兹函数大于高斯函数值。
1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例.三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n 2t 。
典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG 激光器。
1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率ν1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。
即在频率为ν1，光强为I ν1的强光作用下，使表观中心频率处在 ν1±(1+ I ν1 /I s )1/2 ∆νH /2范围内的粒子产生受激辐射，因此在∆n (ν)~ν 曲线上形成一个以ν1为中心，宽度约为 (1+ I ν1 /I s )1/2 ∆νH 的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。
激光原理期末考试题及答案
激光原理期末考试题及答案# 激光原理期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 激光的产生需要满足以下哪个条件？A. 粒子数反转B. 增益介质C. 光学谐振腔D. 所有以上答案：D2. 激光的三个主要特性是什么？A. 单色性、方向性、相干性B. 单色性、亮度、相干性C. 亮度、方向性、相干性D. 单色性、亮度、方向性答案：A3. 以下哪个不是激光器的类型？A. 固体激光器B. 气体激光器C. 半导体激光器D. 热激光器答案：D4. 激光器中的泵浦过程是指什么？A. 将能量注入工作介质B. 将工作介质加热C. 将工作介质冷却D. 将工作介质的粒子数反转答案：A5. 激光器的谐振腔的作用是什么？A. 提供能量B. 储存能量C. 提供反馈D. 吸收能量答案：C6. 激光的相干长度是指什么？A. 激光的波长B. 激光的脉冲宽度C. 激光的相干时间D. 激光的传播距离答案：D7. 激光的调Q技术主要用来实现什么？A. 增加激光的功率B. 增加激光的频率C. 增加激光的亮度D. 增加激光的相干性答案：A8. 激光冷却技术可以用来实现什么？A. 降低物体的温度B. 增加物体的温度C. 保持物体的温度D. 测量物体的温度答案：A9. 激光在医学中的应用主要包括哪些方面？A. 切割、焊接、诊断B. 诊断、治疗、美容C. 美容、诊断、焊接D. 切割、治疗、美容答案：D10. 激光测距的原理是什么？A. 利用激光的单色性B. 利用激光的方向性C. 利用激光的相干性D. 利用激光的高亮度答案：C二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述激光的产生原理。
答案：激光的产生原理基于受激辐射。
在激光器中，工作介质被泵浦至高能级，形成粒子数反转。
当处于高能级的粒子受到外部光子的激发时，会以受激辐射的方式释放光子，这些光子与激发它们的光子具有相同的频率、相位和方向。
这些光子在光学谐振腔中来回反射，通过增益介质时不断被放大，最终形成具有高度单色性、相干性和方向性的激光束。
激光原理练习题及答案
激光原理练习题及答案一、选择题1. 激光的产生是基于以下哪种物理现象？A. 光电效应B. 康普顿散射C. 受激辐射D. 黑体辐射答案：C2. 激光器中的“泵浦”是指什么？A. 激光器的启动过程B. 激光器的冷却过程C. 激光器的增益介质D. 激光器的输出过程答案：A3. 以下哪种激光器不是按照工作物质分类的？A. 固体激光器B. 气体激光器C. 半导体激光器D. 脉冲激光器答案：D二、填空题4. 激光的三个主要特性是________、________和________。
答案：单色性、相干性和方向性5. 激光器中的增益介质可以是________、________或________等。
答案：固体、气体或半导体三、简答题6. 简述激光与普通光源的区别。
答案：激光与普通光源的主要区别在于激光具有高度的单色性、相干性和方向性。
普通光源发出的光波长范围较宽，相位随机，方向分散，而激光则具有单一的波长，相位一致，且能沿特定方向高度集中。
7. 解释什么是激光的模式竞争，并说明其对激光性能的影响。
答案：激光的模式竞争是指在激光腔中，不同模式（横模和纵模）之间争夺增益介质提供的增益资源。
模式竞争可能导致激光输出不稳定，影响激光的质量和效率。
通过优化腔体设计和使用模式选择器可以减少模式竞争，提高激光性能。
四、计算题8. 假设一个激光器的增益介质长度为10cm，泵浦效率为80%，增益系数为0.01cm^-1。
计算在不考虑任何损耗的情况下，激光器的增益。
答案：增益 = 增益系数× 增益介质长度× 泵浦效率 = 0.01× 10× 0.8 = 0.89. 如果上述激光器的输出镜的反射率为90%，计算腔内光强每通过一次腔体增加的百分比。
答案：增益百分比 = (1 - 反射率) × 增益 = (1 - 0.9) × 0.8 = 0.08 或 8%五、论述题10. 论述激光在医学领域的应用及其原理。
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________。
激光原理(含答案)
1、试证明：由于自发辐射，原子在E2能级的平均寿命211/s A τ=。
(20分)证明：根据自发辐射的性质，可以把由高能级E2的一个原子自发地跃迁到E1的自发跃迁几率21A 表示为212121()spdn A dt n = （1）式中21()spdn 表示由于自发跃迁引起的由E2向E1跃迁的原子数因在单位时间内能级E2所减少的粒子数为221()sp dn dn dt dt =- （2）把（1）代入则有2212dn A n dt =- （3）故有22021()exp()n t n A t =- （4）自发辐射的平均寿命可定义为22001()s n t dt n τ∞=⎰ （5）式中2()n t dt为t 时刻跃迁的原子已在上能级上停留时间间隔dt 产生的总时间，因此上述广义积分为所有原子在激发态能级停留总时间，再按照激发态能级上原子总数平均，就得到自发辐射的平均寿命。
将（4）式代入积分（5）即可得出210211exp()s A t dt A τ∞=-=⎰2、一光束通过长度为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，试求该物质的增益系数。
(20分)解： 若介质无损耗，设在光的传播方向上z 处的光强为I(z)，则增益系数可表示为()1()dI z g dz I z =故()(0)exp()I z I gz =根据题意有(1)2(0)(0)exp(1)I I I g ==⨯解得1ln(2)0.693g cm -==3、某高斯光束0 1.2,10.6.mm um ωλ==今用F=2cm 的锗透镜来聚焦,当束腰与透镜的距离为10m,1m,0时,求焦斑大小和位置,并分析结果 (30分)解：由高斯光束q 参数的变化规律有(参书P77: 图2.10.3) 在z=0 处200(0)/q q i πωλ== （1）在A 处（紧挨透镜L 的“左方”）(0)A q q l=+ （2）在B 处（紧挨透镜L 的“右方”）111B A q q F =-（3）在C 处C B Cq q l =+ （4）又高斯光束经任何光学系统变换时服从所谓ABCD 公式，由此得00C Aq Bq Cq D +=+ （5）其中1101011/101C A B l l C D F ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （6）则222220022222200()()()()()()()C C l F l F q l F i F l F l πωπωλλπωπωλλ--=++-+-+ （7）在像方高斯光束的腰斑处有{}Re 1/0C q =，得2202220()()0()()C l F l l F F l πωλπωλ--+=-+ （8）解得像方束腰到透镜的距离2'2220()()()C F l F l l F F l πωλ-==+-+ （9）将（9）代入（8）得出22220()()()C F l F q iF l πωλ-=-+ （10）由此求得220'222001111Im (1)()C l q F F πωπωλωλ⎧⎫=-=-+⎨⎬⎩⎭ （11。
激光原理笔试题及答案
激光原理笔试题及答案一、选择题（每题5分，共20分）1. 激光的英文缩写是：A. LEDB. LCDC. LASERD. LEDE答案：C2. 激光的产生原理是：A. 热效应B. 光电效应C. 康普顿散射D. 受激辐射答案：D3. 激光器中，工作物质是：A. 气体B. 液体C. 固体D. 所有选项答案：D4. 下列哪种激光器不是基于固体激光器的？A. 红宝石激光器B. 钕玻璃激光器C. 氩离子激光器D. 二氧化碳激光器答案：C二、填空题（每空5分，共20分）1. 激光的特点是方向性好、_______、亮度高。
答案：单色性好2. 激光器的工作原理基于_______效应。
答案：受激辐射3. 激光器的输出功率通常用_______来表示。
答案：瓦特4. 激光器的类型包括固体激光器、_______激光器、气体激光器等。
答案：液体三、简答题（每题10分，共20分）1. 简述激光的产生过程。
答案：激光的产生过程包括激发、粒子数反转和受激辐射放大。
首先，工作物质被激发到高能级，使得高能级上的粒子数多于低能级，形成粒子数反转。
然后，当一个高能级的粒子通过受激辐射释放光子时，会激发更多的粒子以相同的方式释放光子，形成相干光束，即激光。
2. 描述激光在医学领域的应用。
答案：激光在医学领域的应用非常广泛，包括激光外科手术、眼科治疗、皮肤治疗、肿瘤治疗等。
激光手术可以减少出血和感染的风险，提高手术的精确性和安全性。
在眼科治疗中，激光可以用于矫正视力，如LASIK手术。
在皮肤治疗中，激光可以用于去除痣、纹身和疤痕。
在肿瘤治疗中，激光可以用于精确地摧毁肿瘤细胞。
四、计算题（每题20分，共40分）1. 假设一个激光器的输出功率为100mW，工作波长为532nm，请计算激光的光子能量。
答案：光子能量E = h * c / λ，其中 h 是普朗克常数（6.626x 10^-34 Js），c 是光速（3 x 10^8 m/s），λ 是波长（532 x10^-9 m）。
激光原理第七版重要习题共40页文档精选全文
)+火 5激光器的诸振腔由一面曲率半径为1m的凸面镜和曲率半径 为2m的凹面镜组成,工作物质长0.5m,其折射率为152,求 腔长L在什么范围内是稳定腔? 提示:折射率为n1的均匀介质中插入一段长度为d折射率 为2的透明介质时,其光线变换矩阵为 0 2 7八01川07 刃|n 70
习题 解题提示:(1)假设光很弱,可不考虑增益或吸收的饱和效应 d(x)1 dz I(z) (2)/(x)
习题九 ⅠP.tP·t. (1)N e 2公式(15.5)B P AAvs(reo 8丌 3)P 对于一个黑体,,从相等的面积上和相同的频率间隔内,每 秒发射出的光子数达到与上述激光器相同水平时,应有 N AV A=N 由此可求出所需温度
第一章习题
1为使氦氖激光器的相干长度达到km,它的单色性△/应 是多少? 解:相干长度L 又有 求微分△ △2 则 △v△ 故 △ =6.328×10
12如果激光器和微波激射器分别在A=10um,2=500mm和v 3000Hz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? 解题提示:n=P=P hv h 14设一光子的波长=5×10-1pm,单色性M/=10-7,试求光子 位置的不确定量Ax。若光子的波长变为5×10-ψm(x射线)和 5×10-18pm(射线),则相应的Ax又是多少? 解题提示:△x·△P≈h所以h △P 又有P=hk h.△ 求微分AP 所以有x≈ △P△4/元
费》)+孔大 第二章习题
)+火 1.试利用往返矩阵证明共焦腔为稳定腔,即任意旁轴光线在 其中可以往返无限多次,而且两次往返即自行闭合。 提示:对称共焦腔:R1=R2=L=R 10 1八0L 1(0L 0 R 10 70 01八a 即两次往返可自行闭合
激光原理测试题 1(选择题)
选择题（每小题3分）1.中心频率处小信号增益系数的表示符号是（ ）2. 激光与普通光源相比具有许多优点,为（ ）（ ）（ ）（ ）（A ）单色性好 （B ）衍射性好 （C ）相干性好 （D ）方向性好3．多普勒增宽谱线、自然增宽谱线、．碰撞增宽谱线分别为（ ）、（ ）和（ ）线型函数。
4．图1中激光光斑的模式是（ ）模。
5．基模的远场发散角为（ ） 6. 单横模的选取方法有（ ）（ ）（ ），单纵模的选取方法有（ ）（ ）（ ）（ ）。
7. 爱因斯坦系数之间的关系为（ ）和（ ）8. 上世纪末，因发明用激光冷却和俘获原子的方法获得诺贝尔物理学奖的是（ ）9．谐振腔的纵模频率为（ ），相邻纵模频率间隔为（ ）10. 对称共焦腔基模镜面上基模的有效截面光斑半径为（ ）11.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（ ）12．基横模高斯光束的束腰半径和远场发散角的 乘积是（ ）13．方型镜共焦腔的光场的自再现模解析解是（ ）函数，圆型镜共焦腔的光场的自再现模解析解是（ ）函数。
14. 借助于激光技术获得这中性气体分子的极低温度状态以实现对单个分子的操纵，这种获得低温的方法叫做（ ）15.在半导体中产生光放大的条件是入射光频率满足g F F E h E E >>-+-υ，并且存在（ ）16.激光干涉测长的核心部分是（ ）17. 在半导体中产生光放大的条件是存在双简并能带，并且入射光频率满足（ ）18.任意频率处小信号增益系数的表示符号是（ ）19.He-Ne 激光器中与激光跃迁有关的是（ ）原子的相关能级20.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。
21. He-Ne 激光器中（ ） 原子通过 （ ）将能量传递给图1原子。
22. 光学谐振腔的稳定与否是由谐振腔的（）和（）决定的。
23. 光与物质的相互作用三种基本过程包括（）（）（）。
激光原理真题
2000年 一． 简答题（20）1. 写出光与物质相互作用的爱因斯坦关系式，说明其物理意义。
2. 由爱因斯坦关系式出发，阐述激光产生的物理思想。
二．（30分）通常用单色性好，方向性好，相干性好，瞬时性好（能产生超短脉冲）以及亮度高来概括激光的特性，请逐一表述其内涵，并说明为什么？三．（15分） 1.画出32TLM .模厄米高斯光束和23TLM .拉盖尔高斯光束的横截面光斑花样图，并说明为什么？2．无源光腔的共振频率为g W ，在该腔中插入增益介质（中心频率为0g W W >）后，共振频率变为1W ，在插入某吸收介质（中心频率仍为0g W W >）后，共振频率变为2W ，试对0W 、g W 、1W 、2W 的高低排序，并说明为什么？3.大多数实际应用中要求单横模运转的激光器，试述单横模实现的方法，为什么？四．（18分）1.双凹共轴球面镜光腔的腔镜曲率半径分别为1R 、2R ，腔长为L ，以腔长L 为横轴，自行设定1R 、2R ，标明L 取值在哪些区域上时才构成高斯腔，然后在12g g 图上标明相应区域的位置。
2. 画出12g g 腔图上（-1，-1）、（1，0.5）、（-1，-0.5）、（-2，-0.2）各点对应的腔型图。
3.在12g g 腔图上，连接（-1，-1）和（1,1）得一直线对应一系列腔型，试用12mng V g g 图形描述这些腔型共振频率的变化规律。
五．（17）如图所示的能级系统，能级1,2的泵浦速率分别为1R 、2R ；寿命分别为1τ、 2τ；能级简并度分别为1g 、2g ；且20τ，受激跃迁在能级1,2之间进行。
1.写出能级1,2的速率方程 2.求小信号条件下的粒子数反转； 3.讨论所得结果。
2001年 一．简答题1. 什么是非稳腔的自在现波形？（5）2. 试画出10TLM 模和32TLM 模的光强分布。
（5）3. 产生多普勒加宽的物理机制是什么？（5）4. 激光自激振荡输出的条件及过程是什么？（5）5. 试说明从小信号开始到形成连续稳定激光输出的物理过程。
激光原理-题库
<激光原理>考察题及参考答案1.什么是激光? (激光是受激辐射光放大)2.阐述产生激光的三个基本条件（1.工作物质可实现粒子数反转；2.相配的泵浦源；3.适当的谐振腔）3.说明谐振腔的作用(在激活介质两端放置平行的高反镜，使垂直于镜面的初始光来回反射，实现多次光放大形成激光；其它方向的光则横向逸出腔外。
)4.简述谐振腔的形式与稳定形分析. (常用有平－平腔；平－凸腔；共焦腔; 共心腔；平－平腔为介稳腔, 平凸腔属非稳腔, 共焦腔是稳定腔; 共心腔属介稳腔. )5.谐振腔的品质因数Q代表什么? (它是描述谐振腔储能和损耗的量, 谐振腔的Q值越大，表明激光器损耗越小，则阈值越低，越容易形成激光振荡. )6.简述谐振腔的模式含义(能够在谐振腔内存在的稳定光波模式（振辐.相位.频率是稳定的）; 纵模反映能在激光腔内形成稳定驻波的波长; 横模表明光场在垂直腔轴的平面内的光强分布; )7.激光束的四个基本特性（1.高单色性；2.高相干性；3.高方向性；4.高亮度）8.说明高斯光束的特点(1. 高斯光束在其轴线附近可看作是一种非均匀高斯球面波，等相位面保持球面；2. 在其传播过程中曲率中心不断改变，发散角会增大；3. 其振幅在横截面内为高斯分布，强度集中在轴线及其附近；)9.说明影响高斯光束激光束聚焦光斑大小的因素（聚焦光斑大小与聚焦镜焦距、光束发散角、激光波长三者成正比；聚焦镜象差也有影响）10.简述激光的时间分佈特性(可分为连续输出, 低频率毫秒级的普通脉冲, 纳秒级的短脉冲, 和皮秒或飞秒级的超短脉冲.)11.简述激光的偏振特性(激光束的偏振特性可分为线偏振光; 椭园偏振光, 园偏振光, 部份偏振光, 非偏振的自然光.)12.激光器如何选横模?(小孔光阑选模; 聚焦光阑选模; 和非稳腔选模)13.说明激光的调Q的作用(以某种方式使激光器Q值快速变化, 而在Q值低时积累的能量, 在Q值高时放出, 形成高峰值功率的快脉冲输出.)14.简述声光Q开关的作用原理（超声波在声光晶体中传播形成振动疏密波, 折射率的变化对激光束如同衍射光栅，致使激光产生衍射偏转，则降低了谐振腔的Q值，不能出激光，如同关断激光；去掉超声波就有激光射出, 且使关断时积累的光能在打开时同时放出；Q值猛增，又压缩了脉宽, 大大提高了激光输出的峰值功率）15.简述激光器的倍频有何作用? (非线性晶体在强光场的作用下，在一定方向一定相位匹配的条件下，会出现较高频率的光振荡，产生较短波长的光出射。
激光原理第七版重要习题
(l F2 ) F22 l3 F2 (l F2 ) 2 f 2
0
得：
0 F2
(l F2 ) 2 f 2
，
l3 8.12cm 0 14.06μm
0 1.2mm =10.6μm今用一望远镜将其准直。主镜用镀金反射 24．某高斯光束， F1 2.5cm 口径为1.5cm；高斯束腰与透镜 镜R=1m，口径为20cm；副镜为一锗透镜， 相距 l 1m ，如图2.3所示。求该望远系统对高斯光束的准直倍率。如图 R 1m
s2
A21t
dt
故这部分粒子的寿命为t，因此E2能级粒子的平均寿命为
0
tA21n20 e n20
A21t
dt
1 A21
习题八： 解题提示：（1）假设光很弱，可不考虑增益或吸收的饱和效应
dI ( z ) 1 dz I ( z )
I ( z ) I 0e
z
(2) I ( z ) I 0e
lF
02 F 2 02
f2
时， 0 20μm
l 1.39m ，即将透镜放在距束腰1.39m处；
0 2.5μm 时，
l 23.87m ，即将透镜放在距束腰23.87m处。
23．如图2.2光学系统，入射光
。
" =10.6μm ，求 0 及
解：先求经过一个透镜的作用之后的束腰半径及位置由于 l1 F 1 ，所以
习题四： 解题提示： E nh (V )h
E P t
对于红宝石激光器
694.3nm
习题五： 解题提示：若t=0时刻，单位体积中E2能级的粒子数为n20,则单位体 积中在t→t+dt时间内因自发辐射而减少的E2能级的粒子数为：
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]1.1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∆= 1.2一台激光器的单色性∆λ/λ为5x10-10，其无源谐振腔的Q 值是_2x1091.3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 -11.4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。
1.5对称共焦腔的=+)(21D 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]2.1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 Rc L δυπτπ∆==；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2202()t c s t outn 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。
2.2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22tt n n n +=；四能级系统的上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。
2.3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。
激光原理部分题答案
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E 1E2WW W B B ===2112 2112 即当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。
t n B t n B t n A ννd d d 112221221ρρ=+WA W n n +=21125、画图简述三能级和四能级系统产生激光的能级跃迁过程。
（ppt）6、简述激光形成条件。
激光原理问答题汇总
激光原理问答题汇总第一章激光的基本原理1、LASER英文名称的含义是什么？激光是何时何人发明的？2、激光的基本特性是什么？3、激光器主要由哪些部分组成？谐振腔的作用是什么？4、光波模式和光子态的关系。
5、什么是光子简并度？6、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。
7、Einstein系数有哪些？他们之间的关系是什么？8、光放大的条件是什么？什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？9、如何定义激光增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和？10、什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？第二章开放式光腔与高斯光束1、什么是谐振腔的谐振条件？如何计算纵模的频率、纵模间隔?2、在激光谐振腔中有哪些损耗因素？可以分为哪两类？3、哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关系如何？4、什么是激光谐振腔的稳定性条件？5、画出共轴球面腔稳定性图，并标出对称共焦腔、FP腔、半共焦腔在图中的位置。
6、如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？7、求解菲涅耳－基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么？8、给出圆形镜、方形镜几个横模的光斑花样的表示式。
9、什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性?10、什么是腔的菲涅耳数？它与腔的损耗有什么关系？第三章电磁场与物质的共振相互作用1、激光器的理论有哪些？它们是如何处理光和物质的？2、什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？3、如何定义线型函数和谱线宽度？4、如何理解均匀加宽和非均匀加宽？它们的机制有哪些？5、指出自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线形函数类型。
6、分析三能级和四能级系统中粒子在各能级之间的跃迁过程，并写出速率方程。
7、说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理，并写出激光增益的表达式。
8、在强光入射下，均匀加宽和非均匀加宽工作物质中，弱光的增益系数如何变化？第四章激光振荡特性1、激光器按照泵浦持续时间区分，有哪些类型？2、激光器的振荡条件是什么？稳定工作条件又是什么？3、在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不同？4、什么是兰姆凹陷？它是如何形成的？5、什么是激光器的驰豫振荡现象？如何定性解释？6、为什么存在线宽极限？它取决于什么？7、什么是频率牵引？。
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一：判断题（正确打√，错误打×）（共30分）
1. 对激光辐射而言，单色亮度和光子简并度是两个彼此相当的物理量，都是同时综合表示光辐射源的定向性、单色性和功率密度的重要参量，但从激光物理过程来讲，无疑光子简并度是更本质、更直接的物理量。
（ ）
2. 设激光器波长λ＝0.5μm ，激光束在光源处直径为1cm ，当激光束传输到100m 距离处，激光束直径为61.0cm 。
（ ）
3. 气体CO 2激光器的10.6μm 波长处光谱线宽为ΔυF ＝150MHz ，若腔长为100cm 时，腔内有3个纵模振荡。
（ ）
4. 通常，自发辐射、受激辐射、受激吸收三种过程同时存在于介质中，只是在不同情况下有强弱的差别。
而自发辐射在产生激光过程中的作用是作为引起初始阶段受激跃迁过程的外来辐射场。
（ ）
5. 若从量子力学的观点讨论自然加宽，按照测不准原理，原子发光具有的频率不确定量或谱线宽度可以表示为：212121
πτπτυ+=∆只要知道某条谱线的上下能级寿命就可以计算
该谱线的自然线宽度。
（ ）
6. 设某共焦腔He-Ne 激光器，波长λ＝632.8nm ，腔长L=30cm ，计算得到基模远场发散角θ=1.15×10-3 rad 。
（ ）
7. 在高斯光束准直中，若想用单一透镜将高斯光束变换成平面波是有可能的。
（ ）
8. 有一长度为20mm 的KDP 晶体制成的调制器，通过波长为632.8nm 的激光，若晶体温度变化ΔT=1℃，则Δ(ηo -ηe )=1.1×10-5,它引起的附加相移为Δφ=0.7π。
（ ）
9. 在脉冲编码调制中，实现编码必须经过三个过程：抽样、量化和编码。
按照抽样定理，只要取样频率比传递信号的最高频率大2倍以上，就能恢复信号波形。
（ ）
10. 在声光调制中，为了界定两种类型的衍射，引入参量s l
Q λπλ2=，当Q<<1时为喇曼-奈斯
衍射，Q>>1时为布拉格衍射。
（ ） 二：证明题（30分）
1. 根据下列条件，画出高斯光束经薄透镜的变换图：
在z=0处，λπ20101)0(W i q q ==
在q1处（紧挨透镜L 的左方）：1011z q q +=
在q2处（紧挨透镜L 的右方）：f q q 11112
-= 2. 根据三能级系统工作物质示意图，证明三能级系统单模速率方程。
3. 证明受激吸收截面积σ12和受激辐射截面积σ21的方程：
),(~8),(),(~8),(02022112012020
221021υυπυνυσυυπυυυσg v A g g g v A ==
三：计算题（20分）
1. 对于太阳光辐射而言，在波长λ＝0.5μm 附近的单色定向亮度B υ≈
2.6×10-12W/cm -2·sr ·Hz ，而一般气体激光器在同样波长条件下，其单色定向亮度B υ≈102W/cm -2·sr ·Hz ，计算太阳光和气体激光器的光子简并度各为多少？
2. 设平行平面腔的长度L=1m ，一端为全反射镜，另一端反射镜的反射率为γ=0.90， 求在1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？（设腔内介质的折射率η=1）
四：设计题（20分）
1. 在激光应用技术中，需要对高斯光束进行准直，试设计一个用倒装望远镜系统对高斯光束准直，要求作图并说明其准直原理。
2.在激光工程技术应用中，常用电光调制器，试设计一个横向电光调制器，要求画出
结构图并说明其工作原理。