激光技术复习题

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激光原理与技术复习——简答题

激光原理与技术复习——简答题

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。

激光原理与技术期末考试复习资料

激光原理与技术期末考试复习资料

赣南师院激光原理与技术期末考试复习大纲

指导老师:周万芳

选择填空题:

注意:1、产生激光的三个条件一定要背全,会来简答题。

2、调Q技术产生的脉冲单位是:ns(选择题)。

3、镜面位置处有效截面半径和束腰位置处有效截面

半径的关系:Ws=2½W0。

4、各种(固体、气体、半导体)激光器的工作波长。

计算题:

激光原理复习题(含参考答案)

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

激光复习1

激光复习1

一单项选择

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 )

)D ( )C ( 1 )B ( )A (212212121e A N A A A ττττ==== 2.爱因斯坦系数A 21和B 21之间的关系为(C )

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====- 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 )

c

L

q v c L v L c

v L c

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

7.锁模激光器通常可获得( A )量级短脉冲 fs )D ( ns )C ( μs )B ( ps )A (

8.Nd :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

9.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

10. 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)

激光原理复习题(含参考答案)

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A2

1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

激光原理与技术习题一

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

)/ex p(1 kT hv 。

《激光原理与技术》习题二

班级 姓名 等级

激光原理与激光技术习题答案

激光原理与激光技术习题答案

激光原理与激光技术习题答案

习题一

(1)为使氦氖激光器的相干长度达到1m ,它的单色性∆λ/λ应为多大?

解: 1010

1032861000

106328--⨯=⨯=λ=λ

λ∆=.L R c

(2) λ=5000Å的光子单色性∆λ/λ=10-7,求此光子的位置不确定量∆x

解: λ=h p λ∆λ=∆2h p h p x =∆∆ m R p h x 510

1050007

10

2=⨯=λ=λ∆λ=∆=∆--

(3)CO 2激光器的腔长L=100cm ,反射镜直径D=1.5cm ,两镜的光强反射系数分别为r 1=0.985,r 2=0.8。求由衍射损耗及输出损耗分别引起的δ、τc 、Q 、∆νc (设n=1)

解: 衍射损耗: 1880107501106102

262.)

.(.a L =⨯⨯⨯=λ=δ-- s ..c L c 8

81075110318801-⨯=⨯⨯=δ=τ 6

86

8

101131075110

61010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q c

MHz .Hz ...c c 19101910

75114321216

8

=⨯=⨯⨯⨯=πτ=

ν∆- 输出损耗: 119080985050212

1.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 8

81078210

311901-⨯=⨯⨯=δ=τ 6

86

810

964107821061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 7510751078214321216

8

=⨯=⨯⨯⨯=πτ=

《激光原理》复习

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⼀. 选择题(单选)(共20分,共10题,每题2分)

1. 下列表达式哪⼀个不是激光振荡正反馈条件: D 。 A. q kL π22= B. q L

C

q 2=

ν C. q L q 2λ= D. q kL π=2 2. 下列条件哪⼀个是激光振荡充分必要条件: A 。(δφ为往返相移) A. l

r r G q )

ln(,2210-

≥-=απδφ B. 0,2≥?-=n q πδφ

C. 0,

20≥?-=n q πδφ D. 0,20≥-=G q πδφ

3. 下列腔型中,肯定为稳定腔的是 C 。 A. 凹凸腔 B. 平凹腔 C. 对称共焦腔 D. 共⼼腔

4. 下⾯物理量哪⼀个与激光器阈值参数⽆关, D 。 A. 单程损耗因⼦ B. 腔内光⼦平均寿命 C. Q 值与⽆源线宽 D. ⼩信号增益系数

5. ⼀般球⾯稳定腔与对称共焦腔等价,是指它们具有: A 。 A.相同横模 B.相同纵模 C.相同损耗 D. 相同谐振频率

6. 下列公式哪⼀个可⽤于⾼斯光束薄透镜成像 A 其中if z q +=,R 为等相位⾯曲率半径,L 为光腰距离透镜距离。 A .

F q q 11121=-;B. F R R 11121=-;C. F L L 11121=-;D.F

L L 11121=+ 7. 关于⾃发辐射和受激辐射,下列表述哪⼀个是正确的 C 。

A. 相同两能级之间跃迁,⾃发辐射跃迁⼏率为零,受激辐射跃迁⼏率不⼀定为零;

B. ⾃发辐射是随机的,其跃迁速率与受激辐射跃迁速率⽆关;

C. 爱因斯坦关系式表明受激辐射跃迁速率与⾃发辐射跃迁速度率成正⽐;

激光原理复习资料

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一、选择题

1. 在光和原子体系的相互作用中,自发辐射和受激吸收总是(D )存在的。

A.. 都不

B. 不同时

C. 一种或两种

D.同时

2. 在共轴球面谐振腔,如果腔体是稳定的,则腔需要满足的是(A )

A. 1021<<g g

B. 121>g g

C. 0g 12121==g g g 或

D. 121<g g

3. 对称共焦腔的1D A 2

1-=+)(,就稳定性而言,此对称共焦腔是(A ) A.稳定腔 B.非稳定腔 C.混合腔 D.任意腔

4. 半导体发光二极管发出的光是(C )

A.自然光

B. 激光

C. 荧光

D.任意光

5. 以下那个不是激光武器所具有的优点(B )

A.无需进行弹行计算

B.有小的后座力

C.操作简便,移动灵活,使用范围广

D.污染,消费比高

6.以下哪个过程能实现激光的光放大(C )

A.受激吸收

B.自发辐射

C.受激辐射

D.自发辐射和受激辐射

7.四价的本征导体Si ,Ge 等,掺入少量三价的杂志元素(如B ,Ga ,Ze 等)

形成空穴为(D )

A.绝缘体

B.导体

C. n 型导体

D.P 型半导体

8.以下不是激光器的基本组成部分的是(B )

A.工作物质

B.谐振腔

C.泵浦原

D.发光二极管

二、填空题

1.激光器的基本组成包括工作物质、谐振腔、泵浦原.

2.激光器按工作物质可以分为固体激光器、气体激光器、染料激光器、半导体激光器。

3.在现代的激光器中,第一台激光器红宝石激光器是三能级系统,钕玻璃激光器是四能级系统。

4.产生激光的必要条件是实现粒子反转。

5.激光的四个特性分别是方向性、单色性、高亮度、相干性。

激光原理问答题复习资料

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一、概念题:

1.光子简并度:处于同一光子态的光子数称为光子简并度-

n 。(光子简并度具有以下几种相同的含义,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。)

2.集居数反转: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,从而使之产生激光。称为集居数反转(也可称为粒子数反转)。

3.光源的亮度:单位截面和单位立体角内发射的光功率。

4.光源的单色亮度:单位截面、单位频带宽度和单位立体角内发射的光功率。

5.模的基本特征:主要指的是每一个摸的电磁场分布,特别是在腔的横截面内的场分布;模的谐振频率;每一个模在腔内往返一次经受的相对功率损耗;与每一个模 相对应的激光束的发散角。

6.几何偏折损耗:光线在腔内往返传播时,可能从腔的侧面偏折出去,这种损耗为几何偏折损耗。(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模式的不同而异。)

7.衍射损耗:由于腔的反射镜片通常具有有限大小的孔径,当光在镜面上发生衍射时所造成一部分能量损失。(衍射损耗的大小与腔的菲涅耳数 N =2

a /L λ有关,与腔的几何参数g 有关,而且不同横模的衍射损耗也将各不相同。)

8.自再现模:光束在谐振腔经过多次反射,光束的横向场分布趋于稳定,场分布在腔内往返传播一次后再现出来,反射只改变光的强度大小,而不改变光的强度分布。 9.开腔的自再现模或横模:把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再现模或横模。

10.自再现变换:如果一个高斯光束通过透镜后其结构不发生变化,即参数ω。或f 不变,则称这种变换为自再现变换。

高等激光技术复习题(答案)

高等激光技术复习题(答案)
解:设光源辐射的光为准平行、准单色光,光束截面为 ΔS ,立体角为 ΔΩ , 频宽为 Δν ,平均光功率为 P,则在 Δt 时间间隔内通过 ΔS 截面的光子总数为:
n = P ⋅ Δt hν
在频率ν 到ν + Δν 间隔内的光子分布在 ΔΩ 立体角范围内的光子状态数或模式数 为
g ΔΩ
=
ΔΩ 4π

在光度学里,通过单位截面、单位频宽和单位立体角的光功率为光辐射的单
色定向亮度 P
Bν = ΔS ⋅ Δν ⋅ ΔΩ 则光子简并度与单色亮度之间的关系为

δ
=
λ2


2 hν
3、若一工作物质的折射率为 n=1.73,试问ν 为多大时,A21 / B21 = 1J ⋅ S / m3 ?
解:由公式
A21 B21
≈ 0.001rad
(5)腔内 TEM11 模激光束的模体积 V11: 基模模体积 V00:
∫ ∫ V00
=
z2
π
z1
⋅ω 2 (z)dz
40
= πω02 (1 +
−80
z2 f 2 )dz
= 1.53cm3
Vmn = (2m +1)(2n +1) ⋅V00
V11 = V00 (2 +1)(2 +1) = 3V00 = 4.59cm3 (6)画出 TEM00 模激光束在谐振腔内沿轴向的光强分布轮廓:

激光技术习题附答案

激光技术习题附答案

光电子技术(2 )上篇:"激光技术”习题

1、在电光调制器中,为了得到线性调制,在调制器中插入一个1/4波片,它的

轴向应该如何设置为佳?若旋转1/4波片它所提供的直流偏置有何变化?

2、为了降低电光调制器的半波电压,采用4块z切割的KD*P晶体连接(光路串

联,电路并联)成纵向串联式结构。试问:(1)为了使4块晶体的电光效应逐块舂加,各晶体 x 和 y 轴取向应如何孑⑵若 A = 0.628/血,坯=1.51,/63 =

23.6x 10"%/V,计算其半波电压,并与单块晶体调制器比较之.

3、试设计一种装置,如何检验出入射光的偏振态(线偏光椭圆偏光和自然光),

并指出是根据什么现象?如果一个纵向电光调制器没有起偏器,入射的自然光能否得到光强调制?为什么?

4、一铝酸铅(PhMoO,)声光调制器,对He-Ne激光器进行调制。已知声功率P s =

1W,声光互作用长度L = \.8mm,换能器宽度H = 0.8讪,= 36.3X 10川芒• kg",试求铝酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。

5、在锁模激光器中,工作物质为YAG,2 = 1.06/^/棒尺寸0)4x50〃〃”,腔长

L = 0.75//?, fm =选择熔凝石英(n二1.46)作声光介质,声速

匕=5.95 X105C/»/5,采用布拉格衍射,驻波形式,设计声光锁模调制器的尺寸, 并求出布拉格角。

6、有一带偏振棱镜的电光调Q YAG激光器,试回答或计算下列问题:

(1)画出调Q激光器的结构示意图,并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的

相对方向。

激光原理复习题重点难点

激光原理复习题重点难点

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

《激光原理》期末复习试题2套含答案(大学期末复习资料)

《激光原理》期末复习试题2套含答案(大学期末复习资料)

一、 选择题(请在正确答案处打√,2×11分)

1.根据黑体辐射维恩位移定律,最大辐射强度波长M λ,72.89810M T λ=⨯ Å·K ,

那么人体(300K)时辐射最大M λ属于:

(A) 可见光 (B)近红外 (C) √远红外光

2.已知自发发射系数21A 与受激发射系数21B 之比32121/8/A B h πλ=,那么对于

较短波长激光,例如紫外、X 射线激光器相对于长波长激光器产生激光输

出将

(A) √更难 (B)更易 (C)与波长无关

3.激光腔的Q 因子越大,该腔的输出单色性越高,即

(A) √输出光谱带宽越小 (B)输出光谱带宽越大 (C)光子寿命越小

4.电光调Q 激光器的调制电压波形一般为

(A) √方波 (B)正弦波 (C)余弦波

5.Nd +3:YAG 和Ti +3

:sapphire(掺钛蓝宝石)激光器中产生激光的物质分别是

√(A) Nd 和Ti 离子 (B)YAG 和Sapphire (C)Nd 和Ti 原子

6.电光调制器半波电压产生的相位差是

(A) 90度 (B)45度 (C) √180度

7.一般情况下谐振腔的稳定条件是(22111,1R L J R L J -=-=): (A) √1021≤≤J J , (B)1021<<J J (C)101<<J ,102<<J

8.在下列哪一种情况下激光上下能级布居数最容易实现反转

(A) 二能级系统 (B)三能级系统 (C) √四能级系统

9.精密干涉测量,全息照相,高分辨光谱等要求单色性、相干性高的 光

激光原理与激光技术习题答案

激光原理与激光技术习题答案

(3) 氦氖激光器放电管长l=0.5m,直径d=1.5mm,两镜反射率分别为 100%、98%,其它单程损耗率为0.015,荧光线宽F=1500MHz。求满足 阈值条件的本征模式数。(Gm=310-4/d) 解:
(5) CO2激光器腔长L=1m,,放电管直径d=10mm,两反射镜的反射 率分别为0.92、0.8,放电管气压3000Pa。可视为均匀加宽,并假
解: ① ,腰在平面镜处 ② f=1m ③
(2) 某高斯光束的腰斑半径w0=1.14mm,光波长=10.6m,求与腰斑相 距z=30cm处的光斑半径及等相位曲率半径。
解:
(3) 某高斯光束的腰斑半径w0=0.3mm,光波长=0.6328m,求腰处、 与腰相距30cm处的q参数
解: q0=if=447i (mm), q(z)=z+if=300+447i (mm)
(6)氦氖激光器相干长度1km,出射光斑的半径为r=0.3mm,求光源线宽 及1km处的相干面积与相干体积。 解:
习题二
(1)自然加宽的线型函数为求①线宽②若用矩形线型函数代替(两函数高 度相等)再求线宽。 解:①线型函数的最大值为 令
②矩形线型函数的最大值若为 则其线宽为
(2)发光原子以0.2c的速度沿某光波传播方向运动,并与该光波发生共 振,若此光波波长=0.5m,求此发光原子的静止中心频率。 解:

激光原理与技术期末复习试题含答案(重修用)

激光原理与技术期末复习试题含答案(重修用)

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……

电子科技大学2012-2013学年第1学期 重新学习 考试

课程名称:_激光原理与技术_ 考试形式: 考试日期: 2013年1月 14日 考试时长:120分钟 本试卷试题由_____部分构成,共_____页。

一、选择题(共20分,共 10题,每题2 分)

1. 下列哪个实验不能反映光的量子性: 。

A. 黑体辐射

B. 光电效应

C. 牛顿环

D. 普朗克散射 2. 关于激光振荡,下列哪种说法是正确的: 。 A. 集居数反转是激光振荡的充分条件; B. 只有驻波腔才能产生激光振荡; C. 集居数反转是激光振荡的必要条件; D. 激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。

3. 与普通光源相比,下列哪一个不是激光的特性: 。

A. 相干性好

B. 光子简并度高

C. 同一模式内光子数多

D. 功率高 4. 对于开放光学球面两镜腔,下列哪一个不是谐振腔稳定性条件: 。 A. ()1

112A D -<

+< B. 121111L L R R ⎛⎫⎛⎫-<--< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ C. 120111L L R R ⎛⎫⎛⎫<--< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭

D. 1201g g <<

5. 下列哪一个参数与谐振腔的损耗有关: 。

A. 腔内光子平均寿命

B. 受激发射截面

C. 上能级寿命

D. 谐振腔共焦参数 6. 下列哪种加宽不属于均匀加宽: 。

A. 自然加宽

B. 晶格缺陷加宽

C. 碰撞加宽

D. 晶格振动加宽

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……

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“激光技术及应用”思考题

什么是自发辐射、受激辐射、受激吸收?

自发辐射:高能级的原子自发地从高能级E 2向低能级E 1跃迁,同时放出能量为 的光子

受激辐射:当受到外来的能量 的光照射时,高能级E 2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E 1跃迁,同时发射一个与外来光子完全相同的光子。

受激吸收:处于低能级E 1的原子受到外来光子(能量 )的刺激作用,完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E 2的过程

自发辐射发光和受激辐射发光各有什么特点?

自发辐射的特点:各个原子所发的光向空间各个方向传播,是非相干光。

受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同, 即:频率、位相、偏振和传播方向

完全一样,因此受激辐射与外来辐射是相干的,换句话说外来辐射被 “放大” 了

产生激光的三个必备条件是什么?为什么需要这些条件?

激光工作物质:能够实现粒子数反转,产生受激光放大

激励能源:能将低能级的粒子不断抽运到高能级,补充受激辐射减少的高能级上粒子数

光学谐振腔:提高光能密度,保证受激辐射大于受激吸收;

光学谐振腔的基本作用是什么?

光学谐振腔的作用:1)延长增益介质作用长度;2)控制激光输出特性:如光束方向性、输出模式数、输出功率等

光学谐振腔的三个作用:

倍增工作介质作用长度,提高单色光能密度;

控制激光振荡模式数目,以获得单色性好、方向性好的相干光;

控制激光束的横向分布特性、光斑大小、发散角、输出功率。

12E E h -==νε12E E

h -==νε12E E h -==νε

光学谐振腔有几种分类?如何判断谐振腔的稳定性?对称共焦腔、共心腔是对称凹面镜腔类型的谐振腔?

平行平面腔----是一种临界稳定腔

平凹腔:是由一块平面镜和一块曲率半径为R 的凹面镜组成的光学谐振腔,

对称凹面镜腔:两块曲率半径相同的凹面镜组成的谐振腔

距离大于两倍焦距的不稳定平凹腔

对称凸面镜腔---都是不稳定的

激光器的损耗分哪几类?这些损耗是怎么产生的?

激光器的损耗的分类:增益介质内部损耗和镜面损耗

增益介质内部损耗:由于成分不均匀、粒子数密度不均匀或有缺陷(如固体激光器)而使光产生折射、散射,使部分光波偏离原来的传播方向,以及其它对光能的吸收,

造成光能量损耗。

镜面损耗:镜面的散射、吸收、由于光的衍射使光束扩散到反射镜面以外造成的损耗以及由镜面上透射出去作为激光器的有用输出部分镜面损耗可以通过反射系数r 1、r 2,透射系数t 1、t 2和吸收系数a 1、a 2来表达。

什么是增益饱和现象?

在抽运速率一定的条件下,当入射光的光强很弱时,增益系数是一个常数;当入射光的光强增大到一定程度后,增益系数随光强的增大而减小。

什么是激光腔的纵模?激光器最后输出的纵模数取决于哪些因素?

光波在腔内往返一周的总相移应等于2π的整数倍,即只有某些特定频率的光才能满足谐振条件 每个q 值对应一个驻波,称之为:纵模,q 为纵模序数。

谐振腔的谐振频率主要决定于纵模序数。

满足谐振条件,阈值条件且落在荧光线宽范围内的频率才能形成激光振荡,产生输

什么是激光腔的横模?横模是如何表示的?

1,2,3, 22==Φq q πδ

在开腔镜面上,经一次往返能再现的稳态场分布称为为开腔的自再现模或横模影响激光器输出光频率稳定的因素有哪些?有哪些主动稳频的方法?

腔长变化的影响

温度变化:一般选用热膨胀系数小的材料做为谐振腔

机械振动:采取减震措施

折射率变化的影响

内腔激光器: 温度T、气压P、湿度h的变化很小,可以忽略

外腔和半内腔激光器: 腔的一部分处于大气之中,温度T、气压P、湿度h的变化

较放电管内显著。应尽量减小暴露于大气的部分,同时还要屏蔽通风以减小T 、P、h的脉动

主动式稳频:

把单频激光器的频率与某个稳定的参考频率相比较,当振荡频率偏离参考频率时,鉴别器就产生一个正比于偏离量的误差信号。

把激光器中原子跃迁的中心频率做为参考频率,把激光频率锁定到跃迁的中心频率上,如兰姆凹陷法。

把振荡频率锁定在外界的参考频率上,例如用分子或原子的吸收线作为参考频率,选取的吸收物质的吸收频率必须与激光频率相重合。如饱和吸收法。

固体激光器、气体激光器,半导体激光器各采用何种泵浦方式?

由于固体激光器的工作物质是绝缘晶体,所以一般用光泵浦源激励

气体放电激励

半导体激光器要先以其他激光才可以

氦氖激光器有哪几种结构形式?其激光工作物质是什么气体?它是几能级结构?辅助气体的作用是什么?

He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种

氖气

4级

氦气起产生激光的媒介和增加激光输出功率的作用

激光脉冲测距的原理是什么?为何激光脉冲测距系统需要调Q的激光光源?

测距仪发出光脉冲,经被测目标反射后,光脉冲回到测距仪接收系统,测量其发射和接收

光脉冲的时间间隔,即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t 。

测距时用的光脉冲功率是很大的,一般其峰值功率均在一兆瓦以上,脉冲宽度在几十毫微秒以下。这样的光脉冲通常叫做“巨脉冲”。但是,一般的激光脉冲并不是巨脉冲,它的宽度较大 (约1ms 左右) ,同时脉冲功率也不够大,所以不能满足测距需求。对激光器采用“调Q 技术”,就可使之满足测距要求

计算题:见第1章、第3章PPT 例题;第1章公式:

考试题型为:单项选择题(16分)、填空题(12分)、简答题(48分)、计算题(24分)。

例题1: 热平衡时,原子上能级E 2的粒子数密度为n 2,下能级E 1的粒子数密度为n 1,设g 1=g 2,求当原子跃迁的频率ν=3000MHz ,T=300K 时,n 2/n 1为多少?

解:热平衡时,原子各能级的粒子数密度分布符合波尔兹曼分布:

例题2:在红宝石激光器中,采用调Q 技术,有可能把全部铬粒子激发到激光上能级并产生巨脉冲。设红宝石的直径为0.8cm,长为8cm,铬粒子浓度为2×1018cm -3,巨脉冲宽度为10ns ,求输出0.6943μm 激光的最大能量和脉冲平均功率。

解:红宝石激光棒的体积为

Az e I z I -=)0()(Gz

e I z I )0()(=21()2211E E h kT kT n g e e n g ν---==3462346.63103000102 1.3810300 4.810111

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