激光原理及应用试卷

8 2 1 R
L
2 f ( )
(2分）
8 107 0.0167
0.1 (0.6328106 )2
109
(2分）
解；
1.0481015 / m3
(1分）
2（12 分） 解：假设所要求的等价共焦腔的共焦参数为 f，以等价共焦腔中点
为 z 坐标的原点，M1，M2 两镜的 z 坐标为 z1 和 z2，有
（3 分）
广东工业大学考试试卷 ( B )
课程名称:
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．在一定温度下，自发辐射几率是受激辐射几率的（ B ）倍
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
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
等价共焦腔腔长
5
位置如上图所示。
（3 分）
（1 分） （4 分）
3．（12 分） 解：高阶模沿 x,y 方向的光斑半径分别为
wms 2m 1w0s wns 2n 1w0s
基模光斑半径：
w0s
L
30 0.6328 104 2.46 102 cm 3.14
横模存在时，要求满足 wms 2m 1w0s a
z1
(L
L(R2Βιβλιοθήκη Baidu L) R1) (L
R2 )
z2
L
LR1 L R1 L R2
f
2
L(R1 L)R2 LR1 R2 L R1 L R2 2
L
（1分） （1分）
(2分）
代入数值 L＝1m, R1＝1.5m,R2＝3m 得：
z1 z
4
5
2
1 5
f
14 5
L 2 f 2 14
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
等相位面曲率半径:
R(z)
z[1
w02 z
2
]
30[1
3.14 1.142 10.6103 300
2
]
79.4cm
(3分） (2分） (3分） （2分）
四、论述题（8 分） 1．（8 分）
答：图中 q-1，q-2，q，q+1，q+2 5 个纵模满足阈值条件，随着外 界激发的增强，则纵模的光强增长，但是，光强增加时，引起增益饱和 作用，增益——频率下降，曲线变扁，使曲线 1 变为曲线 2，q-2， q+2 满足阈值。（1 分）
4．4．（10分）某高斯光束的腰斑半径
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
光波长
。求与腰斑相距 z=30cm 处的
激光原理及应用（A）卷 答案及评分标准：
一、（30 分） BCCBCBCCAC
二、（20 分） 1. .无穷多个稳定球面腔 唯一 2. 处于一个光子态的平均光子数 处于同一模式的光子数 相干体积内偏振一样的光子数 处于同一相格中的偏振一样的光子数 3．工作物质、激励能源、光学谐振腔 4． 激活介质的光放大作用
、 。（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()
光强继续增加时，曲线 2 变为曲线 3，使 q-2， q+2 的增益小于阈 值，不再振荡，而 q-1， q+1 满足阈值。（1 分）
光强继续增加时，曲线 3 变为曲线 4，使 q-1， q+1 的增益小于阈值， 不再振荡，则只剩下 q 模满足阈值条件获得 输出。这种通过增益饱和效应， 靠近谱线中心频率的纵模逐渐把 其他纵模抑制掉的过程就是模式 竞争。（3 分）
＝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 R1＝1.5m,R2＝3m 求它 的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。
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？
即：
m
a w0s
2
1
2 7.7
即 m 7 ， 同理有： n 7
故可能出现的最高阶横模的阶次是 7。 4（10 分）解：光斑半径:
（2 分） （3 分） （2 分） （2 分） （3 分）
w(z) w0
1
z w02
2
1.14
1
10.6 103 300 3.14 1.142
2
1.45mm
腔镜反射不完全介质吸收
衍射损耗
(2 分) (2 分) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分) （3 分） (1 分) (1 分) (1 分)
5．10
（2 分）
6．固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器 （4
分）
三（42 分）
1（8 分）
n阈＝
8 2 2a总 c2 f ( )
(3分）
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