激光原理与技术A答案
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.关于自发辐射和受激辐射说法正确的是。
答案:自发辐射不能发生，受激辐射也一定不能发生2.关于谐振腔的自再现模式，下面那个说法是正确的？答案:自再现模式与谐振腔的稳定性有关3.形成激光振荡的充分条件是。
答案:光学正反馈条件和增益阈值条件4.稳定谐振腔是指。
答案:谐振腔对旁轴光线的几何偏折损耗为零5.关于基模高斯光束的特点，下面描述不正确的是。
答案:基模高斯光束在激光腔内往返传播时没有衍射损耗6.谱线加宽是指的光谱展宽。
答案:自发辐射7.关于模式竞争的说法，哪一个是不正确的?答案:模式竞争与泵浦功率没有关系8.下面哪种方法对于提高激光连续输出功率不一定有帮助。
答案:提高输出镜的透射率9.下面方法对于提高调Q脉冲的峰值功率没有帮助的是。
答案:增加泵浦光的重复频率10.KDP晶体横向电光调制的主要缺点是。
答案:存在自然双折射引起的相位延迟11.有激光输出时，激活介质不是处于热平衡条件。
答案:正确12.谐振腔损耗越大，品质因子越高。
答案:错误13.在主动锁模激光器中，调制器应该放到谐振腔的一端。
答案:正确14.在锁模激光器中，被锁定的模式数量越多，脉冲周期越短。
答案:错误15.尽量增加泵浦功率有利于获得单模激光输出。
答案:错误16.对于对称共焦腔，其傍轴光线在腔内往返传输次即可自行闭合，其自再现模式为高斯光束。
答案:2##%_YZPRLFH_%##二##%_YZPRLFH_%##两17.三能级激光器的激光下能级是基态，需至少将原子总数的通过泵浦过程转移到激光上能级，才能实现受激辐射光放大。
答案:一半##%_YZPRLFH_%##1/2##%_YZPRLFH_%##50%##%_YZPRLFH_%##二分之一##%_YZPRLFH_%##百分之五十18.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了度角。
答案:45##%_YZPRLFH_%##四十五19.在调Q激光器中，随着Dni/Dnt的增大，峰值光子数增加，脉冲宽度。
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在锁模激光器中，被锁定的模式数量越多，脉冲周期越短。
参考答案:错误2.对于对称共焦腔，其傍轴光线在腔内往返传输次即可自行闭合，其自再现模式为高斯光束。
参考答案:2##%_YZPRLFH_%##二##%_YZPRLFH_%##两3.谐振腔损耗越大，品质因子越高。
参考答案:错误4.有激光输出时，激活介质不是处于热平衡条件。
参考答案:正确5.在主动锁模激光器中，调制器应该放到谐振腔的一端。
参考答案:正确6.为得到高转化效率的光学倍频，要实现匹配，使得基频波和倍频波的折射率要相等，在他们相互作用过程中，两个基频光子湮灭，产生一个倍频光子。
参考答案:相位7.尽量增加泵浦功率有利于获得单模激光输出。
参考答案:错误8.在调Q激光器中，随着Dni/Dnt的增大，峰值光子数增加，脉冲宽度。
参考答案:变窄##%_YZPRLFH_%##变小##%_YZPRLFH_%##减小9.关于基模高斯光束的特点，下面描述不正确的是。
参考答案:基模高斯光束在激光腔内往返传播时没有衍射损耗10.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了度角。
参考答案:45##%_YZPRLFH_%##四十五11.稳定谐振腔是指。
参考答案:谐振腔对旁轴光线的几何偏折损耗为零12.形成激光振荡的充分条件是。
参考答案:光学正反馈条件和增益阈值条件13.关于谐振腔的自再现模式，下面那个说法是正确的？参考答案:自再现模式与谐振腔的稳定性有关14.三能级激光器的激光下能级是基态，需至少将原子总数的通过泵浦过程转移到激光上能级，才能实现受激辐射光放大。
参考答案:一半##%_YZPRLFH_%##1/2##%_YZPRLFH_%##50%##%_YZPRLFH_%##二分之一##%_YZPRLFH_%##百分之五十15.谱线加宽是指的光谱展宽。
参考答案:自发辐射16.关于自发辐射和受激辐射说法正确的是。
激光原理与激光技术习题问题详解
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/应为多大？解： 10101032861000106328--⨯=⨯=λ=λλ∆=.L R c(2) =5000Å的光子单色性/=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 Rph x 5101050007102=⨯=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、c 、Q 、c (设n=1)解： 衍射损耗: 1880107501106102262.).(.a L =⨯⨯⨯=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-⨯=⨯⨯=δ=τ 686810113107511061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q cMHz .Hz ...c c 19101910751143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆- 输出损耗: 1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ 686810964107821061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 75107510782143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆-(4)有一个谐振腔，腔长L=1m ，两个反射镜中，一个全反，一个半反，半反镜反射系数r=0.99，求在1500MHz 的围所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗)解： MHz Hz .L c q 150105112103288=⨯=⨯⨯==ν∆ 11]11501500[]1[=+=+ν∆ν∆=∆q q005.0201.02===T δ s c L c 781067.6103005.01-⨯=⨯⨯==δτ MHz cc 24.01067.614.321217=⨯⨯⨯==-πτν∆(5) 某固体激光器的腔长为45cm ，介质长30cm ，折射率n=1.5，设此腔总的单程损耗率0.01，求此激光器的无源腔本征纵模的模式线宽。
《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______。
激光原理与技术 课后习题答案试题
1 为了使氦氖激光器的相干长度达到1KM ，它的单色性0λλ∆应为多少？解答：设相干时间为τ，则相干长度为光速与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ根据相干时间和谱线宽度的关系 cL c ==∆τν1又因为γνλλ∆=∆，00λνc=，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式： 单色性=ννλλ∆=∆=cL 0λ=101210328.61018.632-⨯=⨯nmnm 8 一质地均匀的材料对光的吸收系数为101.0-mm ，光通过10cm 长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几？如果一束光通过长度为1M 地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。
解答：设进入材料前的光强为0I ，经过z 距离后的光强为()z I ，根据损耗系数()()z I dz z dI 1⨯-=α的定义，可以得到： ()()z I z I α-=ex p 0则出射光强与入射光强的百分比为：()()()%8.36%100%100ex p %10010001.001=⨯=⨯-=⨯=⨯--mm mm z e z I z I k α 根据小信号增益系数的概念：()()z I dz z dI g 1⨯=，在小信号增益的情况下， 上式可通过积分得到()()()()14000000001093.610002ln lnln exp exp --⨯====⇒=⇒=⇒=mm z I z I g I z I z g I z I z g z g I z I1．试利用往返矩阵证明共焦腔为稳定腔，即任意傍轴光线在其中可以往返无限多次，而且两次往返即自行闭合。
证：设光线在球面镜腔内的往返情况如下图所示：其往返矩阵为：由于是共焦腔，有12R R L ==往返矩阵变为若光线在腔内往返两次，有可以看出，光线在腔内往返两次的变换矩阵为单位阵，所以光线两次往返即自行闭合。
于是光线在腔内往返任意多次均不会溢出腔外，所以共焦腔为稳定腔。
《激光原理和技术》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) 1.24×10-42、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) 100003、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) 1.2×1094、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)/exp(1 kT hv 。
《激光原理与技术》习题二班级 姓名 等级一、选择题1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W 。
（A ）1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -302、激光器一般工作在 状态.(A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态二、填空题1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是 。
激光原理与技术习题答案
激光原理与技术习题答案激光原理与技术习题答案激光（Laser）是一种高度聚焦的、高能量密度的光束，具有独特的性质和广泛的应用。
激光技术已经渗透到我们生活的方方面面，从医疗、通信到制造业等各个领域都有着重要的作用。
了解激光原理与技术的基本知识是理解和应用激光的关键。
在这篇文章中，我们将回答一些与激光原理与技术相关的习题，帮助读者更好地理解这一领域。
1. 什么是激光？激光是一种由高度聚焦的、高能量密度的光束组成的光。
与普通光不同，激光具有高度单色性、相干性和方向性。
这些特性使得激光在许多应用中都具有独特的优势。
2. 激光的产生原理是什么？激光的产生是通过受激辐射的过程实现的。
这个过程包括在一个光学谐振腔中，通过激活物质的受激辐射，将能量从激活态转移到基态，从而产生激光。
3. 激光的三个基本特性是什么？激光具有三个基本特性，即单色性、相干性和方向性。
单色性指的是激光的波长非常狭窄，只有一个特定的波长。
相干性表示激光的光波是同相位的，可以形成干涉和衍射现象。
方向性意味着激光是高度定向的，光束非常集中，能够远距离传输。
4. 激光的应用领域有哪些？激光在许多领域都有广泛的应用。
在医疗领域，激光可以用于手术、皮肤治疗和眼科手术等。
在通信领域，激光可以用于光纤通信和激光雷达等。
在制造业中，激光可以用于切割、焊接和打标等。
此外，激光还可以应用于科学研究、军事和娱乐等领域。
5. 激光的安全性问题如何解决？激光的高能量密度使得它具有一定的危险性。
为了确保激光的安全使用，需要采取一系列的安全措施。
例如，使用激光的场所应该配备相应的防护设备，操作人员需要接受专业培训，并且需要遵守相关的安全规定。
6. 激光的波长对其应用有何影响？激光的波长对其应用有重要影响。
不同波长的激光在不同的材料中有不同的作用。
例如，红光激光适用于眼科手术，而紫外光激光则适用于微电子制造。
因此，根据具体的应用需求选择适合的激光波长非常重要。
7. 激光的技术发展趋势是什么？随着科学技术的不断进步，激光技术也在不断发展。
激光原理与技术习题解答-文档资料
解：
0
L(
R
L)
2
(2
R
L)
1/
4
(2R 2L)2
2 (2RL
4 2
L2
)
1/
4
4.65104 m
1 2
L
R2(R L)
1/ 4
L(R
L)(2R
L)
R2 L2 2
2 (2RL L2 )
1/ 4
4.98 104
m
2.28 设对称双凸非稳定腔的腔长L=1m，腔镜 的曲率半径R=-5m，试求单程和往返功率损耗率。
解：
1
1 M2
0.5
N eq
M 1 2
a2
L
M 2
a为输出端半径
a 2NeqL 8.74104 m
M 1
L R1 R2 22
M R1 R2
R1 2.05m R2 1.45m
复习提纲
氦氖激光器的能级图；谱线竞争；工作的激发原理； 举出几种可调谐激光器；染料激光器的三重态影响以及如 何克服？ 调Q和锁模技术的基本原理；两种技术在脉宽范围上的差异？ 均匀增宽与非均匀增宽的区别；用兰姆凹陷法如何实现稳频？ 激光冷却、激光操纵微粒的基本原理 选模方法 证明稳定腔 、临界腔的边界条件
R3
L1
L2
R1
R2
L
证明：根据光线传播的轨迹，总的坐标变换为：
1
x
2 R1
0
1
1
0
1
L 1
2 R2
0
1
1
0
L2 1
1
0
0 1 1 0
L1 x1
1
1
激光原理与技术重新学习答案 (1)
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。
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合计 得分一、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： C 。
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： C 。
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： D 。
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： B 。
A. ()1112A 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 。
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： B 。
A. 自然加宽B. 晶格缺陷加宽C. 碰撞加宽D. 晶格振动加宽 7. 关于受激发射截面，下面表述哪一个是错误的： C 。
得 分A. 是具有面积量纲的物理量B. 与入射光频率有关C. 是原子横截面的面积D. 受激跃迁速率与受激发射截面成正比8. 激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关： D 。
A. 小信号增益B. 自然加宽谱线宽度C. 受激发射截面D. 谐振腔损耗 9. 在KDP 晶体的纵向电光调制中，半波电压与下列哪个参数无关： A 。
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. ()1112A 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……7. 关于受激发射截面，下面表述哪一个是错误的： 。
A. 是具有面积量纲的物理量 B. 与入射光频率有关 C. 是原子横截面的面积D. 受激跃迁速率与受激发射截面成正比8. 激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关： 。
A. 小信号增益B. 自然加宽谱线宽度C. 受激发射截面D. 谐振腔损耗 9. 在KDP 晶体的纵向电光调制中，半波电压与下列哪个参数无关： 。
《激光原理及技术》-习题答案
激光原理及技术部分习题解答（陈鹤鸣）第一章4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ∆应当是多少？ 解：相干长度C cL υ=∆，υ∆是光源频带宽度853*10/3*101C c m s Hz L kmυ∆===225108(/)632.8*3*10 6.328*103*10/c cc c nm Hz c m sλλυυυυλλλυλ-=⇒∆=∆=∆∆⇒=∆== 第二章4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =，相应的频率为υ，波长为λ，能级上的粒子数密度分别为21,n n ，求：（1）当3000,300MHz T K υ= =时，21/?n n = （2）当1,300m T K λμ= =时，21/?n n = （3）当211,/0.1m n n λμ= =时，温度T=？解：Tk E E b e n 1212n --=其中12**E E ch E c h -=∆=λνλh ch ==∆*E（1）（2）010*425.12148300*10*38.11010*3*10*63.612236834≈====-------e ee n n Tk ch b λ（3）K n n k c h b 36238341210*26.6)1.0(ln *10*10*8.3110*3*10*63.6ln *T =-=-=---λ9. 解：(1) 由题意传播1mm,吸收1%，所以吸收系数101.0-=mm α (2)010010100003660I .e I e I e I I .z ====-⨯-α即经过厚度为0.1m 时光能通过36.6%10.解：m/..ln .G e .e I I G.Gz6550314013122020===⇒=⨯第三章2. CO2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120.985,0.8r r = = 求由衍射损耗及输出损耗引起的,,R Q τδ 解：（1）输出损耗由腔镜反射不完全引起。
激光原理与激光技术习题含答案.docx
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/应为多大？解：632810 1010R 6.32810L c1000(2)=5000? 的光子单色性/-7x =10，求此光子的位置不确定量解：hphx p h xh2500010 105m p2p R10 7(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=,r 2=。
求由衍射损耗及输出损耗分别引起的、c、Q、c(设n=1)解：衍射损耗 :L10.610610 188c L1.8sa2( 0.7510 2)2.c0.188 3 108 1 75 10Q2c23.14310 86 1.7510 8 3.1110610.610c12 3.14110 89.1106 Hz9.1MHz2c 1.75输出损耗 :12 ln r1 r 20.5ln( 0.9850.8 ) 0.119c L1 2.78 10 8 sc0.119 3 108Q2c23.143108 2.7810 8 4.9610610.610 6c12 3.14110 85.710 6 Hz 5.7MHz2c 2.78(4) 有一个谐振腔，腔长L=1m，两个反射镜中，一个全反，一个半反，半反镜反射系数r= ，求在 1500MHz 的范围内所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽( 不考虑其它损耗 )解：c3108.8Hz MHz1500q10150q[1] [1]11 2L21 1 5q150T0.010.005cL11086.67107s22c0.0053c110.24MHz2 c2 3.14 6.6710 7(5) 某固体激光器的腔长为45cm，介质长30cm，折射率n=，设此腔总的单程损耗率，求此激光器的无源腔本征纵模的模式线宽。
解： L 30 1.5 15 60cmcL 0.6108 6.366 10 8 sc0.01π 3 c112.5MHz2 3.14 6.366 10 82c(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。
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: 10101032861000106328--⨯=⨯=λ=λλ∆=.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 5101050007102=⨯=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： 1880107501106102262.).(.a L =⨯⨯⨯=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-⨯=⨯⨯=δ=τ 686810113107511061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q cMHz .Hz ...c c 19101910751143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆- 输出损耗： 1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ 686810964107821061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 75107510782143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆-（4）有一个谐振腔，腔长L=1m ，两个反射镜中,一个全反，一个半反，半反镜反射系数r=0.99，求在1500MHz 的范围内所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗)解： MHz Hz .L c q 150105112103288=⨯=⨯⨯==ν∆ 11]11501500[]1[=+=+ν∆ν∆=∆q q005.0201.02===T δ s c L c 781067.6103005.01-⨯=⨯⨯==δτ MHz cc 24.01067.614.321217=⨯⨯⨯==-πτν∆(5） 某固体激光器的腔长为45cm ，介质长30cm ，折射率n=1.5，设此腔总的单程损耗率0。
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06~07激光原理与技术A答案2006-2007学年第1学期《激光原理与技术》A卷试题答案1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30]1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。
按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser）、连续激光器（c.w laser）固定波长输出、波长可调谐的激光器……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的）1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？激光器三个基本组成单元（各自的作用描述方式可以不一样）泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布?n?0。
增益介质：对入射光产生放大作用。
光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。
1.3 对于线宽为??的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？│ν-ν0│= 0.75???时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75??时，洛仑兹函数大于高斯函数值。
1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例.三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n2t。
典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG激光器。
1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率?1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。
即在频率为?1，光强为I?1的强光作用下，使表观中心频率处在?1±(1+ I?1 /Is)1/2???H/2范围内的粒子产生受激辐射，因此在?n???~??曲线上形成一个以?1为中心，宽度约为(1+ I?1 /Is)1/2???H的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。
（均匀加宽介质的空间烧孔效应：当频率为?q的强激光振荡时，它在腔内沿轴线方向的分布形成驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小。
腔内的增益系数不同，波腹处光强大，用去的反转粒子数多，造成增益系数下降也大。
波节处增益系数下降少。
我们称这种反转粒子 1数密度或增益系数在腔内轴线上具有某种分布的现象为空间烧孔效应。
）兰姆凹陷是指非均匀加宽介质激光器的输出功率P随频率变化曲线在中心频率?0处的凹陷。
即非均匀加宽工作物质，中心频率处，增益虽然大，但参与光放大的粒子数少，在输出曲线上，中心频率附近功率低，形成凹陷。
1.6 试辨析激光振荡器、激光放大器和激光器的区别激光振荡器：可以构成一台激光器激光放大器：可以是一段增益介质激光器：可以由一个激光振荡器构成，也可由一个振荡器和一个或数个放大器构成。
1.7 何谓有源腔和无源腔？如何理解激光线宽极限和频率牵引效应？有源腔与无源腔的区别在于有无增益介质（工作物质，泵浦均可）。
激光线宽极限：激光输出中有种线宽由于自发辐射的存在而产生，因而是无法排除的，所以称它为线宽极限。
频率牵引效应：在有源腔中，由于增益介质的色散，使得纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫做频率牵引效应。
1.8 什么是小信号增益系数？在其他条件相同情况下，小信号的增益系数对激光输出功率有什么影响？腔内光强I???IS时的增益系数g0(?)??n0?21(?,?0)叫做小信号增益系数。
在其他条件相同情况下，g0(?)?gt时，g0(?)越大，输出功率越大；g0(?)?gt时，无激光输出。
2. 综合思考题(选做2小题，每小题15分)[30]2.1 如图所示，E2、E1分别为激光的上下能级, (a) 间接泵浦，(b)直接泵浦，(c)典型三能级系统，试比较分析这三种泵浦方式的优缺点。
间接泵浦与直接泵浦的区别在于前者通过一个泵浦能级实现激光上能级的布局；直接泵浦2是气体激光器的主要泵浦方式；典型三能级系统的特点是激光下能级为基态；对各自的优缺点的分析……（主观题：答案无统一标准）2.2 设有两束频率分别为?0 + ?? 和?0 - ??，光强为I1及I2的强光沿相同方向或相反方向通过中心频率为?0的非均匀加宽的气体增益介质(I1 > I2)。
(1)试分别画出反转粒子数按速度vz的分布曲线?n(vz)，并标出烧孔位置及烧孔深度。
(2)试问有效泵浦功率或气体的气压变化，对分布曲线?n(vz)有何影响？（1）两束沿相同方向入射（沿Z轴正向），两束光分别烧孔：I1 ，?1??0???，在vz1?c(???0)/?0?c??/?0处烧孔，孔深?n0(c??)I1 ?0I1?ISI2，?2??0???，在vz2??c??/?0处烧孔，孔深?n0(?c??)I2 ?0I2?IS 当两束光反向通过介质时（I1沿Z轴正向不变，I2沿Z轴反向），则I2 与I1在同一处烧孔：vz2??c(?2??0)/?0?c??/?0?vz1，孔深为?n0(c??)I1?I2 ?0(I1?I2)?IS（2）有效泵浦效率的变化影响?no，因此影响孔深，即泵浦效率越大，?no 越大，因而烧孔越深。
气压的变化影响均匀加宽的宽度??H，因而影响孔的宽度，气压升高，宽度增大。
（主观题：答案无统一标准）2.3何谓介质的吸收截面？现有红宝石样品一块，试设计一实验方案测量该样品的吸收截面，列出实验所需的设备和元器件。
吸收截面：对于一能使介质产生共振吸收(E2 - E1 = h??? 的入射光，处在下能级E2的一个原子有效俘获该入射光的横截面积为吸收截面?12。
设计实验：（主观题：答案无统一标准）2.4试从发光机理、能量转换效率、输出特性、用途等方面将激光器与你熟悉的任一普通光源（如白炽灯）进行比较分析，激光器与你熟悉的任一普通光源（如白炽灯）的比较：（主观题：答案无统一标准）发光机理：能量转换效率：3输出特性：单色性好，方向性好，相干性好/全光谱，无方向性，非相干用途：医疗、通信、武器等精密仪器/照明3. 计算题(选做2小题，每小题20分)[40]3.1长度为10cm的红宝石棒置于长度为22cm的光谐振腔中，红宝石694.3nm谱线的自发辐射寿命?s≈4ms,均匀加宽线宽为2×105 MHz,，光腔单程损耗?=0.2。
求：(1) 阈值反转粒子数密度?nt；(2) 当光泵激励产生反转粒子数密度?n=1.25?nt 时，有多少个纵模可以振荡(红宝石折射率为1.76); (3) 假设红宝石棒的横截面为1cm2, 其中Cr3+ 离子浓度为2?1019 cm-3，采用调Q技术获得T = 10 ns 的巨脉冲输出，试估算理想情况下可获得的激光脉冲能量和峰值功率。
(1) 均匀加宽介质:?02/?2v2A21(694.3?10?7/1.76)22?202 ?21?22?2?2cm）=4.93?10cm?3114??0??H4??s??H4??4?10?2?10因此?nt??/l??21?0.2/(0.1?4.93?10?20)cm?3?4.06?1017cm?31?1.25 ?H21?[(?t??0)/]2(2) 当?n?1.25?nt时，即g0(?0)?1.25gt?g0(?0)得到??osc?2(?t??0)?0.5??H?1?10Hz 11c3?1010纵模间隔??q?'?Hz?5.07?108Hz?5.07?102MHz2L2(12?10?1.76)可以起振的模式数M???osc?1?198 （200左右即可）??q（3）理想情况下激光脉冲能量EmaxNnls2?1019?10?16.6256?10?34?3?1010??hc/???hc/????28.63J ?9 222694.3?10当T=10ns时峰值功率Pmax?Emax/T?28.63/10W?2.863GW ?83.2已知波长为632.8nm的He-Ne气体激光器的激光上、下能级的平均寿命近似为2?10-8 s，设激光管内4充气压为250Pa，饱和光强Is为15W/cm2，谐振腔腔长为60 cm, (1)计算在常温下（T＝300K）多普勒展宽和均匀展宽的比值??D/??H ；(2)计算腔内平均光强接近0和12W/cm2两种情况下，激光器纵模的烧孔宽度；（3）当腔内平均光强为12W/cm2时，谐振腔腔长需多长才使相邻纵模的烧孔重叠？（计算时取压力加宽系数? = 0.75MHz/Pa。
）(1) 常温下多普勒展宽:??D?7.16?10?均匀展宽: ?73?1087.16?10??1.315?109Hz ?9632.8?10?7??H???N???P?所以??D/??H?6.48111(?)?0.75?106?250Hz?2.03?108Hz ?8?82?2?102?10（2）烧孔宽度????HI=0时，?????H?2.03?108HzI=12W/cm2时，???H?2.72?108Hz ，（3）纵模间隔??q?c '2L烧孔重叠时，?????q83?10???)m?由此得到腔长L?c/(22?2.7?2810'0.5m 53.3 An argon ion laser operating at 488.0nm with a gain-region length of 0.3 m is determined tohave a population density of 1×1016/m3 in upper laser level and4×1015/m3 in lower laser level. a) If a very low-power probe beam of intensity I0 is transmitted into the gain medium then what would be the measured ratio of I/I0, where I is the output beam intensity after traversing the medium?a) We will use I?I0e?n?l to determine the ratio of I/I0. From Q3.3, we know n1 = 4×1015 m-3, n2=1×1016m-3 and l = 0.3m.Consider ?no=n2 –n1=6x1015m-3, and I0 is very low as we know,the ?21 of Ar+ lower is 2.5×10-16m2. Then we have0?1I?e?21?n?l?exp[(2.5?10?16m2)?(0.3m)]?e4.5?10?e0.45 I05b) What would be the small-signal gain coefficient of the laser?The small-signal gain coefficient of the laser can be obtained from g0?(6?1015m?3)?(2.5?10?16m2)?1.5m?1c) If the mirrors have reflectivities of 99.9% and 95% and the scattering losses are 0.5% per pass (assume no distributed absorption within the gain medium), what would be the threshold gain of the laser?From gth=??l, we see that we need only the fractional loss per pass and gain –reaing length l to determine the tereshold gain of the laser .The fractional loss per pass in this case can be obtained from ??a?a=0.5%,r1=99.9% and r2=95%.Here we have 1ln(r1r2), where 210.5%?ln(99.9%?95%)gth??0.103823m?1 0.3md) What would be the power output from the laser? The out-put of the laser can be obtained from p?1AIST[g0/gth?1],where T=1-r1=0.1%.we 2must first determine the saturation intensity Is ,from Is?just ,we have h?0?21?21 and using the values specified Is?hc?A21 ??216.6256?10?34J?S?(3?108m/s)?7.8?107s?152 ??1.27?10J/s?m9 ?162(4.88?10m)?(2.5?10m)Inserting this values for Is into the abue formula for p.We have11.5m?152?1?2?2P/A??(1.27?10J/sm)?0.1%?[?1]?852.4Jsm?852.4Wm ?120.104 m4. 创意题：试以任何表现形式（注意别违反考场纪律）最有效、最大限度地展示你对这门课理解的程度（深度、广度）（选做题）[附加分]6。