激光原理期末复习
激光原理 期末考试
激光原理期末考试
激光原理是指产生和放大激光的物理过程。
激光是一种具有高度相干性和能量聚集性的光束，具有单色性、方向性和高亮度等特点，被广泛应用于科学研究、医疗、工业加工、通信等各个领域。
激光的产生是基于激光器的作用原理。
激光器主要由激发源、工作物质、光学腔和输出耦合器等组成。
首先，激发源向工作物质供给能量，使得工作物质的电子处于激发态。
然后，激发态的电子通过受激辐射的过程，向光学腔中发射出一束具有特定波长的光子。
最后，这束光子在光学腔内不断反射，产生光的放大效应。
通过输出耦合器，一部分光子可以逃逸出激光器，形成激光束。
在激光放大过程中，能量的不断输入和反射引起了相干性的增强。
相干性是指光波的波动性质，在激光中，相位关系保持非常稳定，各个光子之间的振幅和相位高度一致，因此激光具有高度的相干性。
此外，激光具有方向性，即激光束的传播方向是高度集中的。
这是由于激光器的光学腔内的反射面和输出耦合器的特定设计，使得光线只沿着特定方向传播，减少了光束的发散。
激光还具有高亮度，即光束的能量密度很高。
这是由于激光器内部的激光放大过程，导致光子数目的快速增加，从而增加了光束的亮度。
总之，激光的原理是基于激光器的工作原理，通过激发源的激发、受激辐射和光的放大，形成具有高度相干性、方向性和高亮度的激光束。
这一原理为激光在各个领域的应用提供了基础。
《激光原理》复习
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 LCq 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.lr r G q )ln(,2210-≥-=απδφ B.0,2≥∆-=n q πδφC.=δφ3.A.C.4.A.C.Q 5.A.6.L 为光腰A ．q 11-7.A.B.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； D.自发辐射光相干性好。
8.入射光作用下，CA.均匀加宽只有部份原子受激辐射或受激吸收；B.非均匀加宽全部原子受激辐射或受激吸收；C.均匀加宽原子全部以相同几率受激辐射或受激吸收；D.非均匀加宽全部原子以相同几率受激辐射或受激吸收。
9.饱和光强CA ．与入射光强有光B.与泵浦有关；C.由原子的最大跃迁截面和能级寿命决定； D.与反转集居数密度有关。
10.下列条件哪一个是激光器稳定振荡条件？AA.t v G I v G =),(；B.t G v v G =),(00；C.t G v v G ≥),(00；D.t v G I v G ≥),( 二.填空题（共20分，共20空，每空1分)1.电光效应是指在外加电场的作用下，晶体的折射率椭球发生变形，使沿特定方向传播的线偏振光折射率发生相应变化。
2.KDP ，则3.4.5.6.调Q7.脉冲能量比较低，但重复频率比较高。
8.9.10.1.2.3.对称性差。
四.简述题(共30分)1.简述受激辐射和自发辐射的区别与联系（6分）受激辐射是原子在外界入射光扰动下原子从高能级向低能级跃迁产生的辐射，自发辐射是原子不受外界入射光扰动下从高能级向低能级跃迁所产生的辐射。
（2分）受激辐射的光频率、传播方向、偏振方向与入射光完全相同，自发辐射光传播方向、偏振方向是随机的，光频率谱线加宽范围内均匀分布。
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。
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。
激光原理复习
激光原理第一章1. 激光器的组成部分及作用（1）工作物质（激活物质）：用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的 物质体系。
（2）泵浦源：提供能量，实现工作物质的粒子数反转。
（3）谐振腔：①提供轴向光波模的正反馈②模式选择，保证激光器单模振荡，从而提高激光器的相干性。
2. 模式数的计算单色模密度：计算例：封闭腔在5000 Å处单色模密度。
3. 光谱宽度的计算其中，为波列长度。
4. 本征状态的定义给定空间内任一点处光的运动情况，在初始条件和边界条件确定后，原则上就可求解麦克斯韦方程组，一般可得到很多解，而且这些解的任何一种线性组合都可满足麦克斯韦方程，每一个特解，代表一种光的分布，即代表光的一种本振振动状态。
5. 光子简并度的定义光子简并度对应于线度光源λ，在单位时间单位立体角内发出单位频宽的光子数(处于同一个相格中的光子数，处于一个模式中的光子数，处于相干体积内的光子数，处于同一量子态内的光子数，都有相同的含义，均定义为光子简并度)。
并用表示：V c V c g 322824νπννλπ∆=⨯⨯∆=328c n πνν=Hz c14108106105000103⨯=⨯⨯==-λυ353821432s 1035.310310614.388-⋅⨯=⨯⨯⨯⨯==m c n ）（）（πυυc l c t //1=∆≈δνc l δνλνδ∆∆Ω∆==∆ΩS h Pg n )/2(26. 光子简并度与单色亮度之间的关系光源的光子简并度，从微观上反映出光源的单色亮度。
单色亮度：。
光子简并度与单色亮度之间的关系为：7. 光子平均能量的表达同一种光子运动状态（或同一种光波模式）的光子平均能量：8. 光的自发辐射、受激吸收、受激辐射自发辐射：处于的原子在无外来光子情况下自发地向能级跃迁，发射能量以光辐射形式放出即自发辐射。
特点：自发辐射是仅与原子自身性质有关的随机过程，自发辐射的光在方向、偏振、相位方面都没有确定的关系，因此是不相干的。
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激光原理期末知识点总复习材料2.激光特性：单色性、方向性、相干性、高亮度3.光和物质的三种相互作用：自发辐射，受激吸收，受激辐射4.处于能级u 的原子在光的激发下以几率 向能级1跃迁，并发射1个与入射光子全同的光子，Bul 为受激辐射系数。
5.自发辐射是非相干的。
受激辐射与入射场具有相同的频率、相位和偏振态，并沿相同方向传播，因而具有良好的相干性。
6.爱因斯坦辐射系数是一些只取决于原子性质而与辐射场无关的量，且三者之间存在一定联系。
7.产生激光的必要条件：工作物质处于粒子数反转分布状态8.产生激光的充分条件：在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强Is9.谱线加宽特性通常用I 中频率处于ν～ν+d ν的部分为I(ν)d ν,则线型函数定义为线型函数满足归一化条件：10.的简化形式。
11.四能级比三能级好的原因：更容易形成粒子数反转 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组()()()() Rll l l l N N n f f n dt dN nn n n n A n W n s n dtdn S n S A n N n f f n dt dn A S n W n dtdn τυννσυννσ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==++++-=++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+-=021112203213030010103232121202111222313230303,,ρul ul B W =1)(=⎰∞∞-ννd g 121212)(-+=S A τ12E 2112.13.14.15.程的本征函数和本征值。
研究方法：①几何光学分析方法②矩阵光学分析方法③波动光学分析方法。
处于运转状态的激光器的谐振腔都是存在增益介质的有源腔。
16.腔模沿腔轴线方向的稳定场分布称为谐振腔的纵模，在垂直于腔轴的横截面内的稳定场分布称为谐振腔的横模。
17.腔长和折射率越小，纵模间隔越大。
对于给定的光腔，纵模间隔为常数，腔的纵模在频率尺上是等距排列的不同的横模用横模序数m,n 描述。
激光原理复习资料
激光原理复习资料一、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 gB. 121>g gC. 0g 12121==g g g 或D. 121<g g3. 对称共焦腔的1D A 21-=+）（，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。
6.激光的调制技术按调制的物理效应可以分为电光调制、声光调制、磁光调制。
7.激光武器的杀伤机理是烧灼效应、激波效应、辐射效应。
8.调Q技术产生激光脉冲主要有锁模、调Q两种方法，调Q激光器通常可以获得ns量级，锁模有主动锁模和被动锁模两种锁模方式。
9.固体激光器主要的泵浦源有氪灯泵浦、高效脉冲氙灯泵浦等。
激光原理 期末复习 廖为兵
一．激光成分: 光子（光子不会停留）光子的基本性质: (P4)（4）光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向（5）光子具有自旋，并且自旋量子数为整数。
激光的四个性质：(P19)（1）单色性（2）高亮度（3）方向性（4）相干性：（空间相干性、时间相干性、相干光强）自再现模：（P50）产生位置：在谐振腔的镜面上产生。
产生原因：衍射损耗。
注：1. 由于衍射主要发生在镜的边缘上，因而恰恰将对场的空间分布发生重要影响，而且，只要镜的横向尺寸是有限的这一影响将永远存在。
2. 由于每一次渡越时，波都将因衍射而损失一部分能量，而且衍射还将引起能量分布的变化。
3. 在经过足够多次渡越后，能形成这样一种稳态场：分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布。
这种稳态经一次往返后，唯一可能的变化是，镜面上各点的场振幅按同样的比例衰减，各点的相位发生同样大小的滞后。
4. 我们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。
自再现模一次往返所经受的能量损耗称为模的往返损耗。
在理想开腔中，等于前面所指出的衍射损耗。
自再现模经一次往返所发生的相移称为往返相移，该相移等于2的整数倍，这就是模的谐振条件。
横模：在激光器谐振腔中，把垂直于传播方向上某一横截面上的稳定场分布称为横模，即横截面上光强的分布。
（注：减少横模的主要途径有：1、改善谐振腔反射镜与工作物质端面所形成的光路的等效平面性，如果产生了凸透镜效应则要想办法补偿；2、减小谐振腔和工作物质直径。
）纵模：纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式，简单而近似的说，纵模即频率。
模的概念()P26开腔中的振荡模式以TEM mnq表征，TEM表示纵向电场为零的横电磁波，m、n、q为正整数，其中q为纵模指数，m、n为横模指数。
模的纵向电磁场分布由纵模指数（通常是一个很大的正整数）表征，在驻波型谐振腔中，q代表场在纵向的波节数。
横向电磁场分布与横模指数有关。
激光原理与技术期末复习
激光原理与技术期末复习激光原理与技术期末复习第一章、辐射理论概要与激光产生的条件1、光量子能量E与波长成反比: E ? 1/λ; 波长越长;光量子能量E 越小;(频率越低) ;波长越短; 光量子能量E越大; (频率越高)。
2、原子处于最低的能级状态称为(基态)。
能量高于基态的其它能级状态称为激发态。
3、能级有两个或两个以上的不同运动状态称为简并能级。
同一能级所对应的不同电子运动状态的数目称为(简并度)。
4、在热平衡条件下，原子数按能级分布服从(波尔兹曼定律)。
5、原子能级间跃迁发射或吸收光子的现象称为辐射跃迁。
原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量的现象称为(非辐射跃迁)。
6、辐射场中单位体积内，(单位频率间隔)中的辐射能量称为单色辐射能量密度。
7、光与物质的相互作用有三种不同的基本过程:(自发辐射);受激吸收;受激辐射。
8、自发辐射:高能级的原子自发地从(高能级E2)向低能级E1跃迁，同时放出能量为E=hv 的光子的现象称为自发辐射。
9、自发辐射系数(A21):表示单位时间内，发生自发辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的百分比。
即每一个处于E2能级的粒子在单位时间内发生的自发跃迁几率。
自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身。
各个原子自发辐射的光向空间各个方向传播，是(非相干光)。
10、原子数密度由起始值降至它的1/e的时间为自发辐射的(平均寿命)。
A21就是原子在能级E2的平均寿命的倒数。
11、当受到外来能量为hv=E2-E1 的光照射时，高能级E2上的原子向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子的现象称为受激辐射。
受激辐射的光子与外来光子的特性一样。
频率、位相、偏振和传播方向相同称之为(全同光子)。
12、受激辐射的跃迁几率(W21)为单位时间内，在外来单色能量密度的光照下，E2能级上发生受激辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的(百分比)。
《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<<J8．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 光源。
(A) √单纵模 (B)单横模 (C)多纵模10．假如各纵模振幅不同，则锁模脉冲的时间和光谱带宽积(A)等于1 (B) √315.0≥ (C)011．锁模与调Q 激光器中，饱和吸收体的受激态寿命锁模t 、Q 调t （驰豫时间）与激光器可能产生的极限脉冲宽度p t 关系是(A)锁模t 和Q 调t >p t ， (B)锁模t 和Q 调t <p t (C) √锁模t <p t ，Q 调t >p t二、 填空题(3×12分)1. 激光光源与普通光源相比，具有哪三方面的优点：（1） 单色性高 （2） 方向性好 （3）相干性高（或者亮度高）2. 辐射能量交换的三个基本过程是：（1） 受激吸收 （2） 受激发射 （3） 自发发射3. 激光器的三个基本组成部分是：（1） 工作物质 （2） 谐振腔 （3） 驱动源4. 声光调制器的四个组成部分是：（1） 声光介质 （2） 换能器 （3） 驱动电源 （4）吸声和声反射材料5. 试举出常见的四大类锁模的方法：（1）主动锁模 （2） 被动锁模 （3）同步泵浦锁模 （4）自锁模6. 假设光场能态密度是)(v ρ，粒子从较低能态1ϕ（能量E 1）过渡到较高能态2ϕ（能量E 2）的受激吸收几率是（1）)(12v B ρ；粒子从较高能态2ϕ（能量E 2）过渡到较低能态1ϕ（能量E 1）的受激发射和自发发射几率分别是（2）)(21v B ρ和21A 。
激光原理与技术期末总复习
激光原理与技术期末总复习激光原理与技术期末总复习考试题型一. 填空题（20分）二.选择题（30分）三.作图和简答题（30分）四.计算题（20分）第一章辐射理论概要与激光产生的条件1、激光与普通光源相比较的三个主要特点：方向性好，相干性好和亮度高2、光速、频率和波长三者之间的关系：线偏振光：如果光矢量始终只沿一个固定方向振动。
3、波面——相位相同的空间各点构成的面4、平波面——波面是彼此平行的平面,且在无吸收介质中传播时,波的振幅保持不变。
5、单色平波面——具有单一频率的平面波。
6、ε= h v v —光的频率 h —普朗克常数7、原子的能级和简并度（1）四个量子数：主量子数n、辅量子数l、磁量子数m和自旋磁量子数ms。
（2）电子具有的量子数不同，表示电子的运动状态不同。
（3）电子能级：电子在原子系统中运动时，可以处在一系列不同的壳层状态活不同的轨道状态，电子在一系列确定的分立状态运动时，相应地有一系列分立的不连续的能量值，这些能量通常叫做电子的能级，依次用E1，E2,…..En表示。
基态：原子处于最低的能级状态成为基态。
激发态：能量高于基态的其他能级状态成为激发态。
（4）简并能级：两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级，这样的能级叫做简并能级。
简并度：同一能级所对应的不同电子运动状态的数目，叫做简并度，用g表示。
8、热平衡状态下，原子数按能级分布服从波耳兹曼定律（1）处在基态的原子数最多，处于越高的激发能级的原子数越少；（2）能级越高原子数越少，能级越低原子数越多；（3）能级之间的能量间隔很小，粒子数基本相同。
9、跃迁: 粒子由一个能级过渡到另一能级的过程（1.）辐射跃迁：发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象①发射跃迁: 粒子发射一光子ε = hv=E2－E1而由高能级跃迁至低能级;②吸收跃迁: 粒子吸收一光子ε=hv=E2－E1 而由低能级跃迁至高能级.（2）非辐射跃迁：原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量10、光和物质相互作用的三种基本过程：自发辐射、受激辐射和受激吸收（要求会画图，会说原理过程）（1）普通光源中自发辐射起主要作用（2）激光器工作中受激辐射起主要作用（3）自发辐射、受激辐射和受激吸收的定义（4）三者之间的关系：自发辐射光子数+受激辐射光子数=受激吸收光子数11、光谱线增宽（1）光谱线的半宽度即光谱线宽度：相对光为最大值的1/2处的频率间隔（2）三种谱线增宽：自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽自然增宽：粒子的衰减碰撞增宽：发光原子间相互碰撞作用多普勒增宽：发光原子相对于观察者运动（3）均匀增宽：每一发光原子所发的光，对谱线宽度内任一频率都有贡献，而且这个贡献对每个原子都是相同的。
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pv 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）。
激光原理与技术期末复习
激光原理与技术期末复习第一章、辐射理论概要与激光产生的条件1、光量子能量E与波长成反比: E ? 1/λ; 波长越长;光量子能量E越小;(频率越低) ;波长越短; 光量子能量E越大; (频率越高)。
2、原子处于最低的能级状态称为(基态)。
能量高于基态的其它能级状态称为激发态。
3、能级有两个或两个以上的不同运动状态称为简并能级。
同一能级所对应的不同电子运动状态的数目称为(简并度)。
4、在热平衡条件下，原子数按能级分布服从(波尔兹曼定律)。
5、原子能级间跃迁发射或吸收光子的现象称为辐射跃迁。
原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量的现象称为(非辐射跃迁)。
6、辐射场中单位体积内，(单位频率间隔)中的辐射能量称为单色辐射能量密度。
7、光与物质的相互作用有三种不同的基本过程:(自发辐射);受激吸收;受激辐射。
8、自发辐射:高能级的原子自发地从(高能级E2)向低能级E1跃迁，同时放出能量为E=hv 的光子的现象称为自发辐射。
9、自发辐射系数(A21):表示单位时间内，发生自发辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的百分比。
即每一个处于E2能级的粒子在单位时间内发生的自发跃迁几率。
自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身。
各个原子自发辐射的光向空间各个方向传播，是(非相干光)。
10、原子数密度由起始值降至它的1/e的时间为自发辐射的(平均寿命)。
A21就是原子在能级E2的平均寿命的倒数。
11、当受到外来能量为hv=E2-E1 的光照射时，高能级E2上的原子向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子的现象称为受激辐射。
受激辐射的光子与外来光子的特性一样。
频率、位相、偏振和传播方向相同称之为(全同光子)。
12、受激辐射的跃迁几率(W21)为单位时间内，在外来单色能量密度的光照下，E2能级上发生受激辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的(百分比)。
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。
激光原理与技术各章重点(基本补全)
激光原理与技术期末总复习第1章1.激光产生的必要条件(粒子数反转分布)2.激光产生的充分条件(在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强)3.饱和光强定义:使激光上能级粒子数减小为小信号值的1/2时的光强为饱和光强4.谱线加宽的分类:均匀加宽和非均匀加宽两种加宽的本质区别？5激光器泵谱技术的分类:直接泵谱缺点：首先从基态E1到激光上能级E3往往缺乏有效途径，即B13（对光泵浦）或σ13（对粒子泵浦）太小，难以产生足够的增益；其次即使存在E1 E3的有效途径，但同一过程可能存在由E1到激光下能级E2的有效途径，结果是W12/W13太大难以形成粒子反转分布。
这些缺点是直接泵浦方式对很多激光器来说是不适用的。
间接泵谱:分为自上而下、自下而上和横向转移三中方式)间接泵谱的优点：首先，中间能级具有远大于激光上能级的寿命，且可以是很多能级形成的能带，因而，Ei 上很容易积累大量的粒子；其次，在有些情况下，将粒子从基态激发到Ei 的几率要比激发到Eu 的几率大得多，这就降低了对泵浦的要求；最后，依据选择定则，可以使Ei 向Eu 的弛豫过程比Ei 向激光下能级Ei 的弛豫过程快得多6..频率牵引有源腔中的纵模频率总是比无源腔中同序数频率更接近工作物质的中心频率7.能画出激光工作物质三能级系统能级图，说明能级间粒子跃迁的动态过程？8.当粒子反转数大于零时，在激光谐振腔中能够自激振荡吗？为什么？9. 激光的特性(单色性、方向性、相干性和高亮度)10. 证明光谱线型函数满足归一化条件证明: ⎰⎰⎰+∞∞-+∞∞-+∞∞-====1)()()(ννννννd g I d Ig d I I则 11.激光器的输出特性。
（43页）？？？第2章1.光学谐振腔的分类和作用分类：能否忽略侧面边界，可将其分为开腔，闭腔以及气体波导腔按照腔镜的形状和结构，可分为球面腔和非球面腔是否插入透镜之类的光学元件，或者是否考虑腔镜以外的反射表面，可以分为简单腔和符合腔 u u u u S h A c h I τσντνπν11228==)211(2121111τττπν++++=∆∑∑u jj i ui H A A N D M T Mc kT 072/120)1016.7(])2(ln 2[2ννν-⨯==∆⎰+∞∞-=1)(ννd g根据腔中辐射场的特点，可分为驻波腔和行波腔从反馈机理的不同，可分端面反馈腔和分布反馈腔根据构成谐振腔反射镜的个数，可分为两镜腔和多镜腔作用：①提供轴向光波模的光学反馈；②控制振荡模式的特性2.光学谐振腔的损耗分类:几何损耗、衍射损耗、输出腔镜的透射损耗和非激活吸收、散射等其他损耗计算:单程损耗：12m βδ==D 为平平腔镜面的横向尺寸（反射镜的直接）β两镜面直接的小角度L 两镜面直接的距离（腔长）)单程衍射p59开始带图3.推导平平腔的两个相邻纵模的频率间隔证明：4.以平-平腔为例理解光学谐振腔横模的形成过程5. 用g 参数表示的谐振腔稳定性条件6..高斯光束高斯光束既不是平面波、也不是一般的球面波，在其传播轴线附近可以近似看作是一种非均匀高斯球面波。
激光原理考试复习资料.doc
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。
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) (1 − ������ ) < 1，������1 = 1 − ������ ，������2 = 1 − ������
2 1
������
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2
9、自再现模：存在于腔反射镜面处，且往返传播后仍能再现的稳定场分布称为自再现模， 也就是横模。 10、方形镜：轴对称，m 为一道竖，n 为一道横。圆形镜：旋转对称，m 为一道对称轴，n 为一道环。������������������������������ 11、方形镜等相位面分布的特点：当������0 = 0时，������(������0 ) → ∞；当������0 → ∞时，������(∞) → ∞。通过 共焦腔中心的等相位面是与腔轴垂直的平面， 距腔中心无限远处的等相位面也是平面。 共焦 腔反射镜面是共焦场中曲率半径最小的等相位面。 −������1 = ������1 + ������ 12、任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价 ������2 = ������2 + ������
������ ：单程损耗因子 ������：腔的时间常数
透射损耗：������������ = − ln ������1 ������2 ， ������ = 6、腔的时间常数：������������ =
������’ δ������
，是描述光腔性质的一个重要参数。
������’
7、无源腔的品质因素������值：������ = 2������������������������ = 2������������ ������������ 8、共轴球面腔的稳定性条件：0 < (1 −
2
������ 2
1
������ 2
{ ������ = ������2 − ������1
������(������2 −������) 1 )+(������−������2 ) −������(������1 −������) ������2 = (������−������ )+(������−������ ) 任何一个稳定球面腔唯一地等价于一个共焦腔 1 2 ������(������2 −������)(������1 −������)(������1 +������2 −������) 2 ������ = { [(������−������1 )+(������−������2 )]2
������������ ������ 2
对于平凹腔可用：������ 2 = ������(������ − ������) ω(������) = ������0 √1 + (������)
������������ ������������ ������ 2
������0 = √ ������
������0������ √2
������������
������ = �����������
2������
0
对于对称共焦腔：������0 =
= √2������ = √ ������
������������ +������
1
2、高斯光束的传输规律：������2 = ������������1+������ 1 ������ 自由空间：[ ]，������2 = ������1 + ������ 0 1 3、高速光束束腰的变换规律：������’2 0 = 1 薄透镜：[− 1
2 2 1 1
焦作用。且当������ = ������(������)时，������0 ’������������������ = ������0 √1 + (������)
������ 2
5、高斯光束的准直：在相当长的范围内使光斑直径保持尽可能小。激光的准直总是伴随着 扩束。
2 1 ������������2 ������ ’ = ������0 6、高斯光束的自再现变换：{ 0 ， ������ = 2 ������(������) ， ������(������) = ������ [1 + ( ������������0 ) ] ������’ = ������ √������(������1 −������)(������2 −������)(������1 +������2 −������) |(������−������1 )+(������−������2 )| ������������ ������
������������(������) ������������
∙ ������(������) ， ������(������) = ������0 ������ −������������
1
8、形成激光的两个基本条件：集居数反转和光学谐振腔。 9、激光器的组成：激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。 10、光学谐振腔的作用：产生和维持激光振荡、控制输出激光束的质量、模式选择。 第三章 1、对称共焦腔：������1 = ������2 = ������，即两凹面镜曲率半径相同且焦点在腔中心处重合。 2、 激光模式： 激光场的每种本征状态具有一定的振荡频率和空间分布， 成为一种激光模式。 3、纵模：腔内纵向的稳定场分布。纵模间隔：∆������������ = 2������’ = 2������������ 4、横模：谐振腔内电磁场在垂直于传播方向的横模截面内存在的稳定的场分布。 5、损耗的种类：几何损耗；衍射损耗；输出腔镜的透射损耗；非激活吸收损耗、散射损耗。
2 ������������2 0) ������
4、 高斯光束的聚焦： （1） ������ 一定时， ������0 ’随������的变化情况： a、 ������ = 0时， 有聚光作用， 且������ 越小，
激光原理 2011 级光电工程学院
聚焦作用越好； 像光束束腰在透镜焦平面以内。 //b、 ������ = ������ 时， 当������ < ������， 有聚焦作用； 当������ > ������，无聚焦作用。像方束腰在像方焦平面上。//c、0 < ������ < ������ 时，������0 ’随������的减小而减小。若������ < ������，总有聚焦作用；若������ > ������，只有当������ < ������ − √������ 2 − ������ 2 时才能聚焦。//d、������ > ������ 时，������0 ’随������的 增大而减小。若������ < ������ ，总有聚焦作用；若������ > ������，只有当������ > ������ + √������ 2 − ������ 2时才能聚焦。当 ������ → ∞时，������0 ’ → 0，������’ → ������ 。 （2）������固定，������0 ’随������ 的变化情况：a、������ = 2 ������(������)，物光束与
7、高斯光束的匹配：������ =
, ������0 = √
, { ������2 = ������ ± ������ √������ 2 − ������1 ������2
01
������1 = ������ ±
������01 ������02 ������02
������ ������
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根据损耗是否与激光横模模式有关分为：选择性损耗和非选择性损耗。 衍射损耗：������������ =
1 ������
=
1 2
������������ ������2
， ������ =
������ ������������ ������ ������ ������������ ������
， ������ = ������
������
2、自发辐射：定义：处于高能级的一个原子自发地向低能级跃迁，并发射出一个光子的过 程; 特点：自发辐射过程只与原子本身性质有关，而与外界辐射的作用无关; 自发辐射跃迁 爱因斯坦系数：������21 ������21 = ������21 受激辐射：定义：在频率为������ = (������1 − ������2 )⁄ℎ的光照射（激励）下，或在能量为ℎ������ = ������1 − ������2 的光子诱发下， 处于高能级������2 上的原子有可能跃迁到低能级������1 ， 同时辐射出一个或诱发光 子的状态完全相同的光子的过程; 特点：跃迁概率不仅与原子本身性质有关，还与外来光场 的单色能量密度������������ 成正比， 即������21 = ������21 ������������ ; 受激辐射跃迁爱因斯坦系数： ������21 ， 只与原子本 身的性质有关。 受激吸收： 处于低能级������1 的原子， 在频率为������的光场作用 （照射） 下， 吸收一个能量为ℎ������21 的光子后跃迁到高能级������2 的过程。特点：跃迁速率也与辐射场单色能量密度������������ 成正比，即 ������12 = ������12 ������������ ; 受激吸收跃迁爱因斯坦系数：������12 ，只与原子本身的性质有关。 3、三个爱因斯坦系数之间的关系：{ ������1 ������12 = ������2 ������21
2 ������2 ������0 2 ������������2 (������−������)2 +( 0 ) ������
������
0 1 1 1 1]，������2 = ������1 − ������ ������’ = ������ +
(������−������)������2 (������−������)2 +(