激光原理考试
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。
《激光原理与技术》题集
《激光原理与技术》题集一、选择题（每题2分，共20分）1.激光的英文名称是：A. Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiationB. Linear Accelerator BeamC. Large Area Beam EmitterD. Low Amplitude Beam2.下列哪项不是激光器的基本组成部分？A. 激光工作物质B. 激励源C. 光学谐振腔D. 光学滤镜3.激光产生的三个基本条件不包括：A. 实现粒子数反转B. 存在光学谐振腔C. 满足阈值条件D. 有强大的磁场4.在激光技术中，调Q技术主要用于：A. 提高激光功率B. 压缩激光脉宽C. 扩大激光光斑D. 改变激光颜色5.下列哪种激光器不属于气体激光器？A. He-Ne激光器B. CO2激光器C. Nd:YAG激光器D. Ar离子激光器6.激光器的阈值条件是指：A. 激光工作物质开始发光的最低能量B. 激光工作物质达到最大发光强度的能量C. 激光工作物质开始产生激光的最低泵浦功率D. 激光工作物质温度达到熔点的能量7.激光测距主要利用了激光的哪一特性？A. 单色性好B. 方向性强C. 亮度高D. 相干性好8.在激光加工中，激光切割主要利用激光的：A. 热效应B. 光电效应C. 磁效应D. 化学效应9.激光通信相比于微波通信的优势是：A. 传输距离更远B. 传输速度更快C. 抗干扰能力更强D. 所有以上选项10.全息照相技术主要利用了激光的：A. 高能量特性B. 相干性好的特性C. 方向性好的特性D. 单色性好的特性二、填空题（每题2分，共20分）1.激光器的核心部件是______，它决定了激光器的输出波长。
2.在激光产生过程中，实现粒子数反转是通过______手段来实现的。
3.激光器的输出光束质量通常由______来描述。
4.激光脉冲的持续时间越短，其峰值功率就______。
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。
激光原理考试必备
腔镜反射不完全引起的损耗： 与腔镜的透射率、反射率有兲。 材料中的非激活吸收、散射、腔内揑入物所引起的损耗：与介质材料的加工工艺有 兲。 17.哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的兲系如何？Page29-31 答：(1)描述参数(p28-p39) a)平均单程损耗因子： 1 ln I 0 （ I 0 为初始光强， I1 为往返一周后光强）
2 2L q 2 。q 为光在真空中的波长，L 为腔的光学长度，q 为正整数。
q
(2)如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目(p27-28)： 纵模的频率: q q
c c ；纵模间隔: q 2 L 2 L
osc 1 , osc 为 q
n2 (t ) n20e A21t （ n20 为 t 0 时刻高能级具有的粒子数）
所以自収辐射的平均寿命
s
1 n20
0
n2 (t )dt
1 n20
0
n20e A21t dt
1 A21
8.一质地均匀的材料对光的吸收系数 0.01 mm 1 ,光通过 10 cm 长的该材料后，出射光 强为入射光强的百分乊几？Page23（8） 解：设迚入材料前的光强为 I 0 ，经过距离 z 后的光强为 I ( z) ，则 I z I0e z 所以出射光强与入射光强乊比 光强的 36.8% 。 9.激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 答：激光工作物质：用来实现粒子数反转和产生光的受激収射作用的物质体系。接 收来自泵浦源的能量， 对外収射光波并能够强烈収光的活跃状态， 也称为激活物质。 泵浦源：提供能量，实现工作物质的粒子数反转。 光学谐振腔：a)提供轴向光波模的正反馈；b)模式选择，保证激光器单模振荡， 仍而提高激光器的相干性。 10. 什么是热平衡时能级粒子数的分布？什么是粒子数反转？如何实现粒子数反 转？Page15 答：热平衡时能级粒子数的分布(page15)：在物质处于热平衡状态时，各能级上的
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。
激光原理考试题
激光原理考试题姓名：分数：激光基础考试题一、选择题（每题7分，共70分）1、二氧化碳激光器的波长为（）。
A、335nmB、810nmC、1064nm D10.6um2、激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和（）三部分构成。
A、反射镜B、窗口镜C、电极D、光学谐振腔3、二氧化碳激光器的常用混合气体成分是由（）、氦气、氙气、氮气组成。
A、一氧化碳B、二氧化碳C、氧气D、氖气4、本公司采用的二氧化碳激光器的激励方式是（）。
A、射频激励B、光激励C、热激励D、化学激励5、二氧化碳激光器属于什么类型的激光器？A、气体激光器B、光纤激光器C、半导体激光器D、固体激光器6、二氧化碳激光器是（）激光器。
A、原子B、离子C、中子D、分子7、板条式激光器的放电面积每平方厘米功率输出（）。
A、35-40WB、1.5-2WC、5-10WD、100-105W8、二氧化碳分子从高能级向低能级跃迁时会（）。
A、吸收能量B、放出能量C、能量不变D、放出再吸收能量9、二氧化碳激光器除了有二氧化碳以外，还有氮气、氦气等气体作为辅助气体，辅助气体的作用是（）。
A、节省电量B提高功率C、减少能量密度D、保护激光器不受损坏10、二氧化碳激光器的光学谐振腔由全发射镜和（）组成。
A、电路板B、输出反射镜C、二氧化碳D、电极二、填空题（每题5分，共10分）1、可见光的波长范围是（）。
2、所有的光都是离子、原子、分子（）所造成的。
三、简答题（20分）简述二氧化碳激光器的应用及其优点。
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________。
激光原理考试题
4、本公司采用的二氧化碳激光器的激励方式是（）。
A、射频激励B、光激励C、热激励D、化学激励
5、二氧化碳激光器属于什么类型的激光器？
A、气体激光器B、光纤激光器C、半导体激光器D、固体激光器
6、二氧化碳激光器是（）激光器。
A、原子B、离子C、中子D、分子
7、板条式激光器的放电面积每平方厘米功率输出（）。
姓名：分数：
激光基础考试题
一、选择题（每题7分，共70分）
1、二氧化碳激光器的波长为（）。
A、335nm B、810nmC、1064nm D10.6um
2、激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和（）三部分构成。
A、反射镜B、窗口镜C、电极D、光学谐振腔
3、二氧化碳激光器的常用混合气体成分是由（ ）、氦气、氙气、氮气组成。
10、二氧化碳激光器的光学谐振腔由全发射镜和（）组成。
A、电路板B、输出反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ镜C、二氧化碳D、电极
二、填空题（每题5分，共10分）
1、可见光的波长范围是（）。
2、所有的光都是离子、原子、分子（）所造成的。
三、简答题（20分）
简述二氧化碳激光器的应用及其优点。
A、35-40W B、1.5-2W C、5-10W D、100-105W
8、二氧化碳分子从高能级向低能级跃迁时会（）。
A、吸收能量B、放出能量C、能量不变D、放出再吸收能量
9、二氧化碳激光器除了有二氧化碳以外，还有氮气、氦气等气体作为辅助气体，辅助气体的作用是（）。
A、节省电量B提高功率C、减少能量密度D、保护激光器不受损坏
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(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。
华中科技大学《激光原理》考研题库及答案
华中科技大学《激光原理》考研题库及答案在考研的征程中，《激光原理》这门课程对于许多学子来说，既是挑战，也是机遇。
为了帮助大家更好地应对华中科技大学《激光原理》的考研，我们精心准备了这份题库及答案，希望能为大家的复习之路点亮一盏明灯。
一、选择题1、以下关于激光的特点，错误的是（）A 方向性好B 单色性好C 相干性好D 能量分布均匀答案：D解析：激光具有方向性好、单色性好、相干性好的特点，但能量分布并不均匀，通常在光束中心处能量较高。
2、实现粒子数反转的必要条件是（）A 工作物质具有亚稳态B 激励能源足够强C 工作物质具有三能级结构D 工作物质具有四能级结构答案：A解析：要实现粒子数反转，工作物质必须具有亚稳态，这样才能使处于高能级的粒子数多于低能级的粒子数。
3、下列哪种激光器属于气体激光器（）A 红宝石激光器B 氦氖激光器C 半导体激光器D 染料激光器答案：B解析：氦氖激光器是常见的气体激光器，红宝石激光器是固体激光器，半导体激光器属于半导体激光器，染料激光器是液体激光器。
4、激光的纵模频率间隔与（）有关A 谐振腔长度B 工作物质的折射率C 激光波长D 以上都是答案：D解析：激光的纵模频率间隔与谐振腔长度、工作物质的折射率以及激光波长都有关系。
5、激光的阈值条件与（）有关A 增益系数B 损耗系数C 谐振腔长度D 以上都是答案：D解析：激光的阈值条件取决于增益系数、损耗系数和谐振腔长度等因素。
二、填空题1、激光产生的必要条件是________、＿_______和________。
答案：工作物质、激励能源、光学谐振腔2、激光的三个主要特性是________、＿_______和________。
答案：方向性好、单色性好、相干性好3、常见的固体激光器有________、＿_______等。
答案：红宝石激光器、Nd:YAG 激光器4、光学谐振腔的品质因数 Q 与谐振腔的________和________有关。
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）。
激光原理考试基本概念
第一章1 、激光与普通光源相比有三个主要特点：方向性好，相干性好，亮度高。
2 、激光主要是光的受激辐射，普通光源主要光的自发辐射。
3、光的一个根本性质就是具有波粒二象性。
光波是一种电磁波，是一种横波。
4、常用电磁波在可见光或者接近可见光的围，波长为0.3~30μm,其相应频率为 10^15~10^13。
5、具有单一频率的平面波叫作单色平面波，如果频率宽度Δν<<v 时，这种波叫作准单色波。
6、原子处于最低的能级状态称为基态，能量高于基态的其他能级状态叫作激发态。
7 、两个或者两个以上的不同运动状态的电子可以具有一样的能级，这样的能级叫作简并能级。
8、同一能级所对应的不同电子运动状态的数目，叫作简并度，用字母 g 表示。
9、辐射跃迁选择定则〔本质：状态一定要改变〕，原子辐射或者吸收光子，不是在任意两能级之间跃迁，能级之间必须满足下述选择定则：a、跃迁必须改变奇偶态；b、ΔJ=0，± 1〔J=0→J=0 除外〕；对于采用 LS 耦合的原子还必须满足以下选择定则：c、ΔL=0，± 1〔L=0→L=0 除外〕；d、ΔS=0，即跃迁时 S 不能发生改变。
10、大量原子所组成的系统在热平衡状态下，原子数按能级分布服从玻耳兹曼定律。
11 、处于高能态的粒子数总是小于处在低能态的粒子数，这是热平衡情况的普通规律。
12、因发射或者吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象叫作辐射跃迁，必须满足辐射跃迁选择定则。
13 、光与物质的相互作用有三种不同的根本过程：自发辐射，受激辐射，和受激吸收。
14、普通光源中自发辐射起主要作用，激光工作过程中受激辐射起主要作用。
15 、与外界无关的、自发发展的辐射称为自发辐射。
自发辐射的光是非相干光。
16 、能级平均寿命等于自发跃迁几率的倒数。
17、受激辐射的特点是：a、惟独外来光子的能量 hv=E2-E1 时，才干引起受激辐射。
b、受激辐射所发出的的光子与外来光子的特性彻底一样〔频率一样，相位一样，偏振方向一样，传播方向一样〕。
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。
激光原理本科期末考试试卷及答案
、班 姓 名 座 号
……封……………线……………密……………封……………线…………………
2.一两块球面镜组成的直腔, 腔长为L, 球面镜的曲率半径分别为R1和
R2, 写出其往返矩阵的表达式。
答:往返矩阵为:
⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡-
⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡=120110112
01
1011
2
R L R L T
3. 什么是对成共焦腔,计算对成共焦腔g 参数.: 答: 对成共焦腔:R 1=R 2=L
对成共焦腔g 参数.:
0111=-
=R L g 012
2=-=R L g 021==g g g
4.画出声光调Q 激光器原理图, 说明声光调Q 基本原理.
答.电光晶体两端加一定电压, 使沿x 方向的偏振光通过电光晶体后, 沿
轴两方向偏振光的位相差为 , 电光晶体相当于1/4波片, 光束两次通
过电光晶体时, 偏振方向旋转90°, 偏振方向及偏振片检偏方向垂直, 光束无法通过检偏片, 腔内损耗高, 激光无法振荡;突然撤除电压后,
损耗迅速下降, 上能级反转粒子数迅速转化为激光脉冲输出.
四. 计算
题（36分） 题 号 一 二 三 四 合计
得 分
试计算连续功率均为1W 的两光源, 分别发射 ＝0.5000(m, =3000MHz 的光, 每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？ （8分）
解：若输出功率为P, 单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n, 则：
由此可得:
其中 为普朗克常数, 为真空中光速。
c
P nh nh
νλ
==。
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激光原理考试————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：广东工业大学考试试卷( A )课程名称: 激光原理与技术 试卷满分100 分考试时间: 2007年6月18日 (第16周 星期 一)一、选择题（每题3分，共30分）1.世界上第一台激光器是 （ ）(A)氦氖激光器． (B)二氧化碳激光器． (C)钕玻璃激光器． (D)红宝石激光器．(E)砷化镓结型激光器．2.按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所产生的光的特点是：（ ） (A)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的．(B)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的．(C)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的．(D)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的．3．氦-氖激光器属于典型的（ ）系统（A ）二能级（B ）三能级（C ）四能级（D ）多能级4．体积3cm 1=V ，线宽nm 10=∆λ，中心波长60nm ，模式数目为（ ）20201012104 (D) 102 (C) 104 (B) 102 )A (⨯⨯⨯⨯ 5．多普勒加宽发生在（ ）介质中6．半共心腔在稳定图上的坐标为（d ） （A ）（-1，-1） （B ） （0，0） （C ）（1，1） （D ）（0，1）7．对于均匀增宽介质，中心频率处小信号增益系数为)00(v G ，当s I I =时 ，饱和显著，非小信号中心频率增益系数为：（c ） （A ） )00(v G （B ）)00(2v G （C ） )00(21v G （D ）)00(31v G 8．.一平凹腔,其凹面镜的半径R 等于腔长L,它是(b )（A ）稳定腔 （B ）临界腔 （C ）非稳腔9.能够完善解释黑体辐射实验曲线的是( c )（A ）瑞利-金斯公式 （B ）维恩公式 （C ）普朗克公式 （D ）爱因斯坦公式10.腔长为0.5米,μ=1.5,纵模间隔为b( )（A ）HZ 8105.1⨯ （B ）HZ 8102⨯ （C ）HZ 8103⨯ （D ）HZ 8104⨯二、填空题（共20分）1.稳定腔的一块反射镜的曲率半径R1＝4L ，求另一面镜的曲率半径取值范围。
(5分)2.一共焦腔(对称)L ＝0.40m ，λ＝0.6328μm ，束腰半径mm w 2.00=，离腰56cm 处的光束有效截面半径为 。
(5分)3. 下图是红宝石的能级结构和跃迁示意图。
请说明图中以下符号的意义，(每空2分，共10分)①W 13 、 ②W 21③E 2 、 ④E 1 、⑤A 21 。
三、计算题（共40分） 1．（12分）(1) 一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm -1、光通过10cm 长的该材料 后，出射光强为入射光强的百分之几? (2) —光束通过长度为1m 的均匀激活的工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。
2．（14分）试从]1))(2[(21)(2110s 1-+=t a v LG I At v P D 式出发，证明用最佳透射率表示的非均匀增宽激光器的最佳输出功率为：3．（14分）考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔，波长λ＝0.5145μm ，腔长L ＝1m ，腔镜曲率半径R 1=1.5m ，R 2=4m 。
试计算光腰尺寸和位置及焦参数。
W 13ω32W 21A 21E 3E 1E 22()m m sm t P AI a t =-四、简答题（10分）1．连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？为什么？广东工业大学试卷参考答案及评分标准 ( )课程名称: 激光原理与技术 。
考试时间: 2007年 6月 18 日 (第16 周 星期 一 )一、 单项选择题（每题3分，共30分）1（ D ）、 2（ B ）、3（ C ）、4（ C ）、5（ C ）6（ D ）、7（ C ）、8（ B ）、9（ C ）、10（ B ）二、填空题（20分）1． （5分）2 0.6mm （5分）3 .（每空2分，共10分）① 受激吸收几率(激励几率) ② 受激发射几率③ 激光上能级 、 ④ 基态能级, 又是激光下能级, 也是抽运能级、⑤ 自发发射几率三、计算题（共40分） 解：（1）（12分）∵AzeI z I -=)0()( （2分）∴368.01)0()(10001.0===⋅-e e I z I （3分）（2）Gze I z I )0()(=Θ （2分）2)0()(1==∴⋅G e I z I （2分）LR L R 322-<>或1693.02ln -==m G 得（3分）2．（14分）证明：由201112()1()12Ds LG P At I a t νν⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪+⎢⎥⎝⎭⎣⎦，等式两边对t 求导，并令其为零 （3分）得：0]])(2[22[21]1)2[(2122=+-⨯+⨯+-+=∂∂t a LG t a LG AtI t a LG AI t P s s（3分）整理上式可得：322)()(4t a t a G L +=-，即：t a t a LG -+=32)()2(（3分）式中t 即为最佳透射率t m ，则最佳输出功率 （2分）mmsm m m s m ms m m t a t AI t a t a t a I At t a LG I At P -=-+-+=-+=2232]1)()()([21]1)2[(21（3分）3（14分） 解：（1）束腰半径mmL R R L R R L R L R L 348666.0]5.35.45.1)105145.0[(])2())()(()[(4122641221212120=⨯⨯=-+-+--=-ππλω（3分）（2）束腰位置765.33)2()(2121==-+-=L R R L R L z m ；m z L z 7176112=-=-=（2分）（3）两镜面上的光斑尺寸分别为：mmL R R L R L L R R L s 532596.0]5.45.0325.2[105145.0]))(()([416412112211=⨯⨯⨯⨯=-+--=-ππλω（3分）mmL R R L R L L R R L s 355064.0]5.435.016[105145.0]))(()([416412121222=⨯⨯⨯⨯=-+--=-ππλω（3分）（4）焦参数m LR R L R R L R L R L f 72.55.36.25.35.435.02))()((212121==⨯⨯=-+-+--=（3分）四、简答题（10分） 1．答：不会（2分） 因为连续激光器稳定时增益系数为 ，G 0为小信号增益系数，I 为腔内光强，I s 为饱和光强。
（3分）因此，当满足阈值条件以后，当外界的泵浦功率增加时，腔内光强增加，引起增益饱和作用，则增益下降。
（2分）在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，不会随泵浦功率的提高而增加。
（3分）阈G I I G G s =+=210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8 )D ( 8 )C ( 8 )B ( 8 )A (3233333cv c hv c hv c v ππππ2．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3．碰撞增宽谱线为（ C ）（A ） 高斯线型 （B ）抛物线型 （C ） 洛仑兹线型 （D ）双曲线型4．CO 2谱线的多普勒增宽为53MHz ，中心频率所对应的谱线函数极大值为（ A ）Hz 101.7 )D ( 10Hz 1.7 )C ( Hz 101.7 )B ( s 101.7 )A (8-8-8⨯⨯⨯⨯5．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）6．谐振腔的纵模共振频率为（ A ） cLq v c L v Lc v Lc q v q q q q μμμμ2 )D ( 2 )C ( 2 )B ( 2 )A (====7．对称共焦腔基模光腰为（ A ）8．对同一种介质，小信号增益系数随（ B ）变化（A ）谱线宽度 （B ）激发功率 （C ）粒子数密度（D ）自发辐射几率9．调Q 激光器通常可获得（ C ）量级短脉冲广东工业大学考试试卷 ( B )课程名称:激光原理及应用题号 一二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分得分 评分人fs )D ( ns )C ( μs )B ( ms )A (10．红宝石激光器是典型的（ B ）系统（A ）二能级 （B ）三能级 （C ） 四能级 （D ）多能级二. 填空（20分）1． 激光束的基本特性是____________________、______________________________________________________、___________________________。
（4分）2．光和物质相互作用产生受激辐射时，辐射光和照射光具有完全相同的特性，这些特性是指 、 、 和 。
（4分） 3．激光腔振荡模的特征是 、 、、 。
（4分）4．He-Ne 激光器是典型的四能级系统，有三条主要激光谱线，其激光谱线及波长分别为 、 、。
（6分）5．若光束通过1m 长的激光介质以后，光强增大了一倍，此介质的增益系数G 为（2分）三、计算题（44 分）1．（8分）静止氖原子4223P S →谱线中心波长为m μ6328.0，求当它以0.1c 速度向观察者运动时，中心波长变为多大？2．（8分）腔长为0.5m 的氩离子激光器，发射中心频率0ν＝5.85⨯l014Hz ，荧光线宽ν∆＝6⨯l08 Hz ，问它可能存在几个纵模?相应的q 值为多少？ (设μ=1))3．（20分）某激光器()m μλ9.0=采用平凹腔，腔长L ＝1m ，凹面镜曲率半径R ＝2m 。
求：（1） 它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置。
（2） 它产生的基模高斯光束的焦参数。
（3） 它产生的基模高斯光束的远场发散角。
4，（8分）He -Ne 激光器辐射6328Å光波，其方形镜对称共焦腔，腔长L ＝0.2m 。
腔内同时存在00TEM ，11TEM ，22TEM 横模。
若在腔内接近镜面处加小孔光阑选取横模，试问：(1)如只使00TEM 模振荡，光阑孔径应多大？(2)如同时使00TEM ，11TEM 模振荡而抑制22TEM 振荡，光阑孔径应多大？四．论述题（6分） 1．（6分）试述调Q 激光器原理。