激光原理复习课4
激光原理复习知识点
激光原理复习知识点激光原理是激光技术的核心知识之一，它是指光子在受激辐射作用下的放大过程。
下面将详细介绍激光原理的相关知识点。
1.基本概念激光是一种特殊的光，其特点是具有高度的单色性、方向性和相干性。
与常规的自然光不同，激光是一种具有相同频率和相位的光波。
2.受激辐射受激辐射是激光形成的基本原理，它是指当原子或分子受到外界能量激发后，处于激发态的原子或分子会通过辐射的方式从高能级跃迁到低能级，此时会放出光子能量，并与入射光子保持相位一致。
3.激光产生的条件为了产生激光，需要满足以下条件：-有大量的原子或分子处于激发态。
-具有一个能够增加原子或分子跃迁概率的辐射源。
-有一种方法可以让过多的激发态原子或分子跃迁到基态。
4.激光器的结构激光器通常由三个基本部分组成：激活介质、泵浦系统和光学腔。
-激活介质是产生激励能量的介质，如气体、液体或固体。
-泵浦系统是用来提供能量，并将大量原子或分子激发到激发态的装置。
-光学腔是由两个或多个高反射镜组成的光学结构，用来反射和放大光。
5.激光的放大激光的放大是通过在光学腔中来回传播，不断受到受激辐射的作用而增强光波的幅度。
通常，在光学腔中的一个镜子上镀膜，具有高反射率，而另一个镜子具有部分透射和部分反射的特性，用来逐渐放大光。
6.激光的增益介质增益介质是指能够提供光放大的介质，如气体（如CO2、氦氖）、固体（如Nd:YAG）或半导体（如激光二极管）等。
这些介质中的原子或分子通过与激励能量的相互作用，从而达到受激辐射的能量放大。
7.激光的产生方式激光可以通过多种方式产生，其中包括：-激光器：使用激光介质和泵浦系统来产生激光。
-激光二极管：使用半导体材料制成的二极管来产生激光。
-激光腔：使用自激振荡的原理来产生激光。
8.激光的应用激光具有广泛的应用领域，包括但不限于：-激光切割和焊接：激光切割和焊接用于金属加工、制造业等领域。
-激光打印：激光打印用于打印机和复印机等办公设备中。
激光原理复习课
I0:初光强，l:传播 距离, I:末光强
1 I G ln l I0
例： 激光束通过长0.5m的激光介质后，光强 增至初始光强的e倍，求此介质的增益系数.(不考 虑增益饱和) 解
eI0 1 I 1 G ln ln 2m1 z I 0 0.5 I 0
六、光腔按几何损耗(几何反射逸出)的分类:
c
0 υ υ ( ) 2、单色平波面——具有单一频率的平面波
简谐波波矢——空间角频率 光波模——以某一波矢
2 k n0
各种介质μ中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同
为标记的驻波
自由空间中的电磁波:任意波矢k的平面波均可以存在! 受边界条件限制空间的电磁波：只能存在一系列独立的 具有特定波矢k的平面单色驻波。
3、 增益饱和：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。
均匀增宽介质的增益饱和 (1) 和 谱线中心频率 0 是
G 0 ( )
G ( )
的对称轴, 在 0 处它们 有最大值; 0 越大, G ( ) 和
2
原因: v 偏离v0 越大, G ( )
饱和效应越弱,曲线下降越缓慢.
非均匀增宽介质的增益饱和
对均匀增宽工作物质, 入射光所引起的饱和效应使增 益曲线整体下降; 但在 0 处, 增益饱和最显著; 偏 离中心频率越远, 饱和越弱, 增益下降越小。 增益均匀饱和而不形成烧孔
2、决定腔模的形成：
v
v1
频率v1的准单色入射光入射时:
①当入射光频率为v1时,对表观中心频率为 va v1的粒子将与光有最大的相 A1 点 互作用,饱和作用最强,在光强为I的光波作用下,n(v1 ) 从A点下降到 . ②当入射光频率为v1时,对表观中心频率为 vb v1 dv 的粒子,由于入射光频 率v1偏离中心频率vb,所以引起的饱和效应较小，它仅下降到 B B1 点.
激光原理复习知识点讲课教案
激光原理复习知识点一 名词解释1. 损耗系数及振荡条件:0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。
α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。
2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。
按上式定义的v ∆称为谱线宽度。
3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。
4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。
5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。
定义p v P w Q ξπξ2==。
ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。
v 为腔内电磁场的振荡频率。
6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。
7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。
这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。
8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。
9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。
（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。
激光原理复习自整理详解
激光原理复习自整理详解激光（Laser）是指将电能、化学能、光能等不同形式的能量转化为相干单色光束的一种装置。
激光器可精密控制光的时间、空间强度分布，因此被广泛应用于科学研究、医疗、通信、制造等领域。
激光的产生是基于光放大原理和光产生原理。
光放大原理即光在经过光学放大介质时，通过受激辐射过程放大而得到激光。
光产生原理则是指在光学放大介质中，通过受激辐射过程得到的初级激光，再经过多次光放大过程最终得到激光。
下面就详细介绍激光的产生原理。
1.激光器的组成激光器主要由光学谐振腔、激光介质和泵浦源三部分组成。
-光学谐振腔：用于延长光在激光器中的传播距离，增强激光的反射和放大效应。
-激光介质：负责将入射光转化为激光的介质，常见的激光介质有气体、固体和液体等。
-泵浦源：为激光介质提供能量，使其处于各能级的适当分布。
2.可逆过程和受激辐射受激辐射是产生激光的基本原理之一、当激光介质从低能级跃迁到高能级时，如果有一束与该过程产生的光子完全匹配的入射光通过，该过程将被增强。
这是一种受激辐射过程，其与自发辐射（即自发跃迁）形成了对称关系。
3.反射和放大过程激光器中的光线会在光学谐振腔内被多次反射，导致光线的衰减和放大。
谐振腔中有两个镜子，其中一个镜子是半透明的，称为输出镜，另一个镜子是全反射的，称为输入镜。
-当光线经过输出镜时，一部分光经过透射，成为激光器的输出光。
经过透射的光具有激光的特性，即单色、相干和定向等。
-另一部分光线经过反射，回到激光介质中，形成了反射光。
反射光在激光介质中被吸收、放大，然后再次被反射。
这个过程中，入射光不断放大，最终形成激光。
激光产生的过程可以概括为：泵浦源提供能量给激光介质，使其处于激发态；谐振腔内的光经过多次的反射和放大，形成激光。
总之，激光产生的原理是基于光放大和受激辐射过程，通过泵浦源提供能量给激光介质，经过光学谐振腔的多次反射和放大，最终形成相干单色激光。
激光具有独特的光学特性，广泛应用于各个领域。
激光 原理课后习题答案
激光原理复习题第一章电磁波1、麦克斯韦方程中麦克斯韦方程最重要的贡献之一是揭示了电磁场的内在矛盾和运动；不仅电荷和电流可以激发电磁场，而且变化的电场和磁场也可以相互激发。
在方程组中是如何表示这一结果？答：每个方程的意义：1）第一个方程为法拉第电磁感应定律，揭示了变化的磁场能产生电场。
2）第二个方程则为Maxwell的位移电流假设。
这组方程描述了电荷和电流激发电磁场、以及变化的电场与变化的磁场互相激发转化的普遍规律。
第二个方程是全电流安培环路定理，描述了变化的电场激发磁场的规律，表示传导电流和位移电流（即变化的电场）都可以产生磁场。
第二个方程意味着磁场只能是由一对磁偶极子激发，不能存在单独的磁荷（至少目前没有发现单极磁荷）3）第三个方程静电场的高斯定理：描述了电荷可以产生电场的性质。
在一般情况下，电场可以是库仑电场也可以是变化磁场激发的感应电场，而感应电场是涡旋场，它的电位移线是闭合的，对封闭曲面的通量无贡献。
4）第四个方程是稳恒磁场的高斯定理，也称为磁通连续原理。
2、产生电磁波的典型实验是哪个？基于的基本原理是什么？答：赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理设计的电磁波发生器实验。
（赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。
当感应线圈的电流突然中断时，其感应高电压使电火花隙之间产生火花。
瞬间后，电荷便经由电火花隙在锌板间振荡，频率高达数百万周。
有麦克斯韦理论，此火花应产生电磁波，于是赫兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。
他将一小段导线弯成圆形，线的两端点间留有小电火花隙。
因电磁波应在此小线圈上产生感应电压，而使电火花隙产生火花。
所以他坐在一暗室内，检波器距振荡器10米远，结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。
赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板，入射波与反射波重叠应产生驻波，他也以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实。
赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度。
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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1•激光原理（概念，产生）：激光的意想、是“光的受激辐射放大”或“受激发射光放人”，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。
丄作在红外和町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，即软目标与硕目标。
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，而硕FI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散射是一种散射粒了的氏径与入射激光波长相当或比之更人的一种散射机制。
M ie 散射的散射光波长与入射光波氏相当，散射时光与物质Z间没冇能量交换发生。
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，而散射粒了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，英最大特点是散射光的波长和入射光不同，产生了向长波或煎波方向的移动。
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Z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了分了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。
硬冃标的冋波机制：激光与由宏观实体构成的硕冃标作用机制反射、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。
硕冃标对激光能量的反射机制最为重耍。
硬目标冋波机制包括：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I'可姿态参数的高精度惯性导航系统（IMU）、用丁•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）、确保所冇部分Z间的时间同步的同步控制装置、搭载平台等部分纽成。
激光原理与应用讲第四章优秀课件
5.其他方法还包括：
凹凸透镜选模、腔内加临界角反射器选模、利用调Q选模等。
小结：
Ø 激光单纵模选取的基本方法 —— 短腔法。 Ø 激光单横模选取的基本方法 —— 光阑法。
基本概念
稳定度是指激光器在一次连续工作时间内的频率漂移与振荡频率之比 S ν ν
复现性是激光器在不同地点、时间、环境下使用时频率的相对变化量 R ν ν
基本做法是在谐振腔内插入一个适当大小的小孔光阑。
4.聚焦光阑法和腔内望远镜法选横模
(1)聚焦光阑法：如图4-6所示，在腔内插入一组透镜组，使光束在腔内传播时 尽量经历较大的空间，以提高输出功率。
图4-6 聚焦光阑法
(2)腔内加望远镜系统的选横模方法，其结构如图4-7所示。
图4-6 聚焦光阑法
图4-7 腔内望远镜法
(1) 当强度很大的光通过均匀增益型介质时粒子数反转分布值下降，增益系数 相应下降，但光谱的线型并不改变。
(2) 多纵模的情况下，如图4-1所示， 设有q-1，q，q+1三个纵模满足振荡条 件。随着腔内光强逐步增强，q-1和 q+1模都被抑制掉，只有q 模的光强继 续增长， 最后变为曲线3的情形。
图4-1 均匀增宽型谱线纵模竞争
从波动光学的角度讲，薄透镜的作用是改变光波波阵面的曲率半径。
4.3.1 高斯光束通过薄透镜时的变换
3. 将透镜的变换应用到高斯光束上。如图4-16所示，有以下关系：
111111 R R f R R f
实际问题中，通常 0 和 s 是已知的，此 时 z0 s ，则入射光束在镜面处的波阵面
半径和有效截面半径分别为：
'a I()2d 2 I01 2exp 2 a 1 2 2 ()
D
现代光学基础教学课件-激光原理4
F l
0
结论：
l F，时， l 越大， F 越小，聚焦效果越好。
02
F202
(Fl)2
f
2
高斯光束聚焦(F一定时)
（3）l F
0达到极大值
0
0
F
F f
0
且： l F
结论：
F f 无聚焦作用； F f 有聚焦作用。
02
F202
(Fl)2
1
C
2
Im
1
qC
0
0
c
AB l
C
l
lC
q0
qA qB
qC
方法二：
Aq B q 1
2 Cq D 1
0
qC
RC ,C
0
c
AB l
C
l
lC
q0
qA qB
qC
关键：求变换矩阵
R 1
M
1 0
lC 1
1
0
Z
1
f --- 共焦参量
由ABCD法则：q(z) if z q0 z
q1
q2
Z1
Z2
q2q1z2z1
2. 通过焦距为 F 的薄透镜q变换
M1
M2
AB
R1
F
R2
Aq B q 1 2 Cq D
1
二、用q参数分析高斯光束经单透镜的传输过程
0
激光原理第四讲
2 ye L
x2 y 2 L
2 2 Cmn H m w x Hn w y e 0s 0s
x2 y 2
2 w0 s
w0 s
L
对称共焦腔基模 镜面上光斑半径
2
2、高阶横模的场振幅分布
mnq 2
mnq 3
m1nq2 mn1q2
m1nq1 m1nq m1nq1 m1n q2 mn1q mn1q mn1q1 mn1q2
共焦腔的振荡频谱
同一频率可以有多种模式可以存在：
L 2 f2 R0 z0 1 2 z z0 z 0 0
在镜面上的场能用厄米-高斯函数描述的情况下，共焦腔场 可以表示为：
2 2 w0 Emn x , y , z Amn E0 Hm x H n y e wz wz wz
w2 z i x , y ,z r2
区 别
w0 s
L
基模在镜面上分布为高斯型
x2 y 2 L
00 x, y C00 e
1/e
C00 e
2 00
2 r 2 w0 s
I 00 x, y 00
x
2
x, y C
e
x2 y 2 2 L
C e
2 2 2 r 2 w0 s 00
I 00 w '0 s C 00 e
2
2 2 w '0 s 2 w0 s
1 2 C 00 2
2 w0 s ln 2 ln 2 w '0 s w0 s 0.5889w0 s 2 2
第4章激光原理复习总结
E3 泵浦上能级
E2
w03 A30
S3
0
A21
S21
w21
w12
激光上能 级(亚稳态)
E1 激光下能级 S10 泵浦下能级 E0(基态)
E1 E0 KT
热平衡状态下E1上几乎无粒子！ 抽空几率S10要大！
9/19
S30 , A30 S32 ; S21 A21
E2 和 E1 之间更易实现粒子数反转！
11/19
•多模振荡速率方程组(只考虑四能级系统 ) 1、多模振荡速率方程组
设共有m个模振荡，其中第 l 个模的频率、光子数 密度、光子寿命分别为 、N l 、 R l ，对每个光 模都应建立各自的光子数速率方程，则有：
dn2 f2 n2 n1 21 l ,0 v Nl n2 A21 S 21 n3 S32 dt f1 l dN f N n n , v N n0 n1 n2 n3 n dt f
n n
0
I s 1
16/19
公式讨论： 0 I n n nW03 2 (1) 当 I I 时， 0 则： 1 s
1
Is —小信号反转集居数密度 (2) 当 I 1 足够强，可与 I 相比拟时，则： s 0 n n —反转集居数饱和 I 1 n
•大信号下反转集居数饱和(四能级系统、单模)
当
I 1 足够强时，将有 n n0
I 1 越强，反转集居数减少得越多，这种现象称
为反转集居数的饱和 饱和光强 I s 1 的物理意义：当入射光强度可以与 之相比拟时，受激辐射造成的上能级集居数衰减率 就可以与其他弛豫过程(自发辐射及无辐射跃迁)造 成的衰减率相比拟。饱和光强是激光工作物质的一 个重要参量，不仅是饱和与否的判据，而且决定腔 内光强以至激光输出功率的大小。
激光原理第四章习题解答
然加宽和碰撞加宽，试估计在77K温度下它的605.7纳米谱线的相干长度 是多少？并与一个单色性Δλ/λ=10-8的He-Ne激光器比较。
解：根据相干长度的定义可知，。其中分母中的是谱线加宽项。从气体 物质的加宽类型看，因为忽略自然和碰撞加宽，所以加宽因素只剩下多 普勒加宽的影响。 根据P138页的公式4.3.26可知，多普勒加宽： 因此，相干长度为： 根据题中给出的氦氖激光器单色性及氦氖激光器的波长632.8纳米，可 根据下述公式得到氦氖激光器的相干长度： 可见，即使以前最好的单色光源，与现在的激光光源相比，相干长度相 差2个数量级。说明激光的相干性很好。 （验证过）
---------------------------------------------- 1 ---------------------------------------------2
------------------------------------------------------------------3 其中， 由(3)式和(2)式可得: 整理得: 将(4)代入(1)式: 整理得： 其中，，Δn0是小信号反转粒子数密度。 (2) 当ν1=ν0时，
Cr2O3的质量密度为3.98g/cm3×0.05%=1.99×10-3g/cm3,摩尔质量为 52×2+16×3=152g/mol
设Cr3+的粒子数密度为n，则n=2×（1.99×10-3
/152）
×6.02×1023=1.576×1019/cm3 根据可知， 根据n≈n1+n2，Δn=n1-n2,且，其中，可知E2能级粒子数密度接近于零， 可求出Δn=n1=1.756×1019/cm3 ，代入到，可求出： 解答完毕。 13 略 14 在均匀加宽工作物质中，频率为ν1、强度为Iν1的强光增益系数为 gH(ν1,Iν1), gH(ν1,Iν1)--- ν1关系曲线称为大信号增益曲线，试求大信 号增益曲线的宽度ΔνH。 解： 大信号增益系数表达式为P153-4.5.17： 根据谱线宽度的定义：增益下降到增益最大值的一半时，所对应的频率 宽度，叫做大信号增益线宽。 根据大信号增益曲线表达式可知，其中心频率处具有最大增益，即 ν1=ν0时。在此条件下，增益最大值为： 根据，可求出当时满足增益线宽条件，因此，线宽位： 解答完毕。
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在频率为v1、强度为I 的光波作用下，可以计算出介质的增益系数:
GD (ν1)
GD0 (ν1) (1 I )1 2
Is
在非均匀增宽型介质中，频率为v1 、强度为I 的光波
1 I ν
只在附近宽度约为 I s
的范围内有增益饱和作用
，如图下图所示。
根据激光纵模频率与谐振腔长的关系，温度变化引起的热胀冷缩从而引起激光谐振 腔长的变换，从而引起激光器输出频率的漂移；另外一个重要因素是温度以及 湿度的变化会引起激光工作物质折射率的变化，从而引起激光器谐振腔的光学 长度的改变，并引起激光频率的漂移。
一、选择题(一)
1、氩离子激光器是多谱线激光器，常用的几个光谱线是： （ C ） A）458nm、488nm和543nm；B）488nm、514nm和543nm；C）458nm、 488nm和514nm； 2、气体激光器工作物质的线型展宽机制主要是： （ B ） A）均匀展宽；B）非均匀展宽；C）碰撞展宽； 3、激光器谐振腔的损耗主要包括： （ B ） A）内部损耗和工作物质的吸收；B）内部损耗和镜面损耗；C）工作物质的 吸收和镜面损耗； 4、均匀增宽型介质激光器稳定工作后一般是单纵模输出，其机理是：（ C ） A）均匀增宽型介质的展宽函数带宽很窄；B）纵模频率间隔很大；C）增益 饱和效应引起的纵模竞争； 5、高斯激光束经过凸透镜变换后变为： （ A ） A）高斯光束；B）非高斯光束；C）不确定；
二、填空题（二）
7、饱和效应的存在使激光工作的反转粒子数N 随激光光强I 的增加而 减
少。 8、四能级激光器的四个能级分别 泵浦能级 、 激光高能级 、 激光低能级
和 基态能级。 9、从稳定性的角度，可把光学谐振腔分为 稳定腔 、 非稳腔 和 临界腔三
种。 10、单纵模激光束的理论线宽是 自发辐射 的存在引起的。 11、按照工作物质原子对发光的贡献的不同，压力加宽的荧光线型函数属
二、填空题（一）
1、激光器主要由 工作物质 、 谐振腔 、 激励能源 三个部份组成。 2、光与物质相互作用的三个主要过程是 自发辐射 、 吸收 和 受激发射 。 3、光波在谐振腔内的主要损耗包括 衍射损耗 、 散射损耗 和 杂质吸收损
耗。 4、激光器驻波腔内光场沿轴向的分布叫 纵模 ，其指数 q 决定了驻波
He原子容易被高速电子激发到高能级，而处于高能级的He原子很容易与Ne原 子发生共振能量转移从而将能量耦合给Ne原子，有助激光产生
N2：提高激发转换效率；He：有效传热；
纵模频率间隔为 △vq=c/(2μL) ,
谐振腔内可以同时振荡的
纵模数由△vF/△vq决定。
如图所示：
图(3-4) 腔中允许的纵模数
及激光工作物质的荧光谱线决定，简述其理由。 5、简述非均匀型介质激光器增益曲线上出现“烧孔”效应的原理。 6、激光器输出激光的频率一般会出现漂移，简述引起激光器漂移的主要因
素。
相同点：跃迁时都以光的形式释放能量； 不同点：自发辐射式随机的，发射的光子没有确定的方向性，各光子之间没
有相同的偏振性，也没有固定的相位关系，而受激辐射发射的光子与激 发光子具有相同的传播和偏振方向，并且具有固定的相位关系。
均匀加宽 ，多普勒加宽的荧光线型函数属 非均匀加宽 。
12、三能级激光器的三个能级分别为 泵浦能级 、 激光高能级 和 激光低能级 （基态能级） 。
13、设在没有锁模前激光腔内有2N＋1个模式，则锁模后脉冲的光强可以增大到原来 的 2N＋1 倍。
三、简答题（一）
1、简述受激辐射与自发辐射的相同点和不同点。 2、在He-Ne气体激光器中，激光工作物质是Ne原子，请说明为何加入He原子？ 3、简述在CO2激光器中加入N2和He的作用。 4、均匀增宽型介质激光器谐振腔内能同时振荡的纵模数主要由谐振腔长以
一、选择题（三）
10、激光器输出的纵模频率主要决定因素是：（ C ） A）激光介质的荧光谱线；B）激光器腔长；C）A和B 11、激光器工作物质缺陷造成的展宽机制主要是：（ B ） A）均匀展宽；B）非均匀展宽；C）碰撞展宽； 12、激光器产生稳定激光输出的条件之一是：（ B ） A）实现粒子数反转；B）激光物质的增益系数大于激光器的总体损耗阈 值；C）有小激光输入； 13、短焦距凸透镜对高斯激光束的作用为：（ A ） A）会聚作用；B）发散作用；C）准直作用； 14、激光共心腔是：（ B ） A）稳定腔；B）临界腔；C）非稳腔；
的波腹数，通过它可以算出激光的 频率 ，驻波腔内光场沿轴向横切 面的分布叫 横模 ，其指数 m, n 决定了沿轴向横切面驻波的波节数， 通过它们可以算出激光的传播方向。 5、激光器振荡的阈值条件是 增益大于损耗 。 6、实验上只要由测定了工作谱线的 中心波长 和 线宽 ，其线型函数就被 唯一确定。对于工作物质来说，均匀加宽的特点是原子群内每一个原子 所发出的光对谱线内所有的频率都有贡献，所有原子的线型函数都是相同的 ， 而非均匀内加宽的特点是不同的原子群有不同的线型函数，而总的线型函数 是它们的包络曲线 。
三、简答题（二）
7、为何均匀增宽型介质中存在模式竞争，而非均匀增宽型介质中却没有模 式竞争？
8、兰姆凹陷法稳频与饱和吸收法稳频是常用的两种激光器稳频方法，二者 原理有何不同？
9、简述高斯激光束经过透镜变换后的特性变化。 10、简述激光锁模技术的原理。 11、简述声光调Q的原理。 12、简述激光纵模和横模概念的涵义及其二者的区别。
一、选择题（二）
6、掺钕钇铝石榴石（Nd3+: YAG）激光器常用输出激光波长是： （ A ） A）1060nm；B）550nm；C）10600nm； 7、与普通光源比较，激光具有如下特点： （ B ） A）方向性、单色性和相干性；B）方向性、相干性和高亮度；C）单色 性、相干性和高亮度； 8、固体激光器工作物质的线型展宽机制主要是： （ A ） A）均匀展宽；B）非均匀展宽；C）碰撞展宽； 9、下列机制属于均匀增宽型物质机制是（ A ） A）自然展宽和碰撞展宽；B）自然展宽和缺陷展宽；C）自然展宽盒多 普勒展宽；