激光原理与激光技术试卷
激光原理与技术期末考试B卷答案
电子科技大学- 年第 2 学期期末考试 B 卷课程名称: _ 激光原理与技术___ 考试形式: 开卷（笔试）考试日期: 20 11 年 6 月29 日考试时长: 120___分钟课程成绩构成: 平时30 %, 期中%, 试验%, 期末70 %本试卷试题由_____部分构成, 共_____页。
一.选择题（单项选择）（共20分, 共10题, 每题2分)1.与一般光源相比, 下列哪项是激光旳优势D 。
A.相干性好B.发散角小C.谱线窄D.以上都是2.要产生激光下列哪个条件不是必需具有旳___D___。
A.实现集居数反转（粒子数反转）B、受激辐射跃迁C.具有增益介质D.谐振腔为稳定腔3、下列谱线加宽方式中, 不属于均匀加宽旳是 B 。
A.自然加宽B.多普勒加宽C.晶格振动加宽D.碰撞加宽4.从输出光束特性考虑, 一种稳定腔等价于无穷个 A 。
A.稳定..B.临界..C.共焦..D.非稳腔5、若激光器输出为某一模式旳厄米特-高斯光束, 且其两个主轴方向上旳M2值为5和3, 则该模式也许为 D 。
A.TEM01B.TEM11C.TEM31D.TEM216、下列腔型中, 肯定具有共轭像点旳是C（非稳腔）。
A. B、C. D、7、可以运用下列哪种损耗进行模式选择 B 。
A.腔镜不完全反射损耗B.衍射损耗C.材料中旳非激活吸取损耗D.以上都不对8、在振幅调制锁模激光器中, 若损耗调制器紧贴腔镜放置且腔长为L, 光速为c, 则损耗调制信号旳角频率为___C___。
A. B C、D、9、KDP晶体横向电光调制旳重要缺陷为__C___。
A.半波电压太高B.调制带宽低C.存在着自然双折射引起旳相位延迟D.调制频率较高时,功率损耗比较大10、下列性质选项中, 对于由受激辐射跃迁产生旳光子与入射光子相似旳是___D___。
A.偏振方向B、频率C.运动方向D、以上都是二. 填空题（共20分, 共20空, 每空2分）1.激光器采用开放式谐振腔旳重要原因是减少模式数。
激光原理与技术期末考试卷（2007-09）
激光原理与技术期末考试卷（2007-09）1．基本概念题(选做5小题，每小题5分)[25]1.1 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？1.2 试辨析激光振荡器、激光放大器和激光器的区别1.3 激光器的主要泵浦方式有哪些？各举一典型激光器实例。
1.4 激光具有哪些基本特性？试举3个应用实例，并说明各自应用了激光的哪方面特性。
1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？1.6 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？1.7 在粒子反转数密度Δn大于0时，在激光腔中一定能产生自激振荡吗?为什么？2. 综合思考题(选做2小题，每小题15分)[30]2.1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。
2.2 选模复合腔如图所示，M1、M2、M3为全反镜，M4为部分反射镜。
(1)试分析其选模原理和条件；(2)如腔内增益介质振荡线宽为νosc, 为了获得单纵模输出，l1、l2应如何选择？2.3 (1) 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？简要说明它们在实现粒子数反转过程中的特点；(2)试列出二能级系统的速率方程组（设能级简并度f1=f2）。
(3)分析二能级系统能否实现粒子数反转。
3. 计算题(选做3小题，每小题15分)[45]3.1 What would be the output intensity of a helium-neonlaser operating at 632.8 nm if ithas a small-signal gain of 0.15/m? The laser has two mirrors of reflectivity 99.99% and 98%, a gain-medium length of 0.2 m, and essentially no scattering losses.3.2 A Nd:YVO4 laser operating in a pulsed mode at 1.06 μm is placed in a cavity with mirrors of 95% at each end of the laser. The scattering losses are determined to be 0.4% per pass. If the laser produces output pulses of 200-μs duration in a beam of diameter 6 mm and if the small-signal gain is measured to be 20% per pass, what would be the energy of the pulses emerging from the laser?3.3 Nd3+ ions are doped into YAG at a 1% atomic concentration, which corresponds toadensity of Nd atoms of 1.38×1026 per cubic meter in the laser rod. If all of these atoms were instantly pumped to the upper laser level and then began to radiate, what would be the radiated energy per cubic meter and the average power per cubic meter radiated from this material at the emission wavelength of 1.06 μm? if the power radiated from one cubic centimeter could be concentrated into a spot 1 mm in diameter, what would be the intensity(power/m)3.4 长度为10 cm的红宝石棒置于长度为22 cm的光谐振腔中，红宝石694.3 nm谱线的自发辐射寿命τs≈4ms,均匀加宽线宽为2×105 MHz,，光腔单程损耗δ=0.2。
激光原理及应用试卷
激光原理及应用考试时间:第 18 周星期五 ( 2007年1 月 5日)一单项选择（30分）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）多能级二填空（20分）1.任何一个共焦腔与等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。
(4分)2 .光子简并度指光子处于、、、。
（4分）3．激光器的基本结构包括三部分，即、和。
（3分）4．影响腔内电磁场能量分布的因素有、、。
（3分）5．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个。
（2分）6．目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是、、和。
（4分）三、计算题（ 42分）1．（8分）求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。
已知＝6328Å，1/f()＝109Hz，＝1，设总损耗率为，相当于每一反射镜的等效反射率R＝l－L＝％，＝10—7s，腔长L＝。
2．（12分）稳定双凹球面腔腔长L＝1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为R1＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。
＝,R23．（12分）从镜面上的光斑大小来分析，当它超过镜子的线度时，这样的横模就不可能存在。
10级激光原理及应用试卷A-2
(A)、0.67；
(B)、1.67；
(C)、2.67；
(D)、3.67。
7、在普通的 Ne 原子辉光放电中，荧光光谱的线宽 F 1.5 10 9 Hz ，对于腔长为 L 30cm的
He Ne 气体激光器，设折射率等于 1，则腔内出现的纵模数为（
）个。
(A)、1；
(B)、2；
(C)、3；
(D)、4。
武汉工业学院 2012–2013 学年第二学期
期末考试试卷（A 卷）
课程名称 激光原理及应用
课程编号 12140102
学号：
注：1、考生必须在<武汉工业学院学生考试用纸>上答题，答题时需注明大、小题号
2、答题纸共 1 页
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幅相等。则在锁模情况下，光脉冲的周期=
、宽度=
、峰值功率=
。
三、计算题（第 21 题 10 分，第 22 题 20 分，共 30 分）
21、若 He-Ne 激光器的谐振腔的腔镜为圆形镜， R1 ， R2 50cm ，腔长 L 25cm ，设折 射率等于 1，两反射镜的反射率r1 0.9 ，r2 1。试求： （1）TEM00 和 TEM10 模之间的频率差。
激光原理与技术A答案
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。
激光原理与技术试题答案
2006-2007学年 第1学期 《激光原理与技术》B 卷 试题答案1．填空题(每题4分)[20]激光的相干时间τc 和表征单色性的频谱宽度Δν之间的关系为___1c υτ∆= 一台激光器的单色性为5x10-10，其无源谐振腔的Q 值是_2x109如果某工作物质的某一跃迁波长为100nm 的远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105 S -1，该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -1 设圆形镜共焦腔腔长L=1m ，若振荡阈值以上的增益线宽为80 MHz ，判断可能存在_两_个振荡频率。
对称共焦腔的=+)(21D A _-1_，就稳定性而言，对称共焦腔是___稳定_____腔。
2. 问答题(选做4小题，每小题5分)[20]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：腔内有激活工作物质的谐振腔。
无源腔：腔内没有激活工作物质的谐振腔。
激光线宽极限：无源腔的线宽极限与腔内光子寿命和损耗有关：122'c Rc L δυπτπ∆==；有源腔由于受到自发辐射影响，净损耗不等于零，自发辐射的随机相位造成输出激光的线宽极限2202()t c s t outn h n P πυυυ∆=∆。
频率牵引效应：激光器工作物质的折射率随频率变化造成色散效应，使得振荡模的谐振频率总是偏离无源腔相应的模的频率，并且较后者更靠近激活介质原子跃迁的中心频率。
这种现象称为频率牵引效应。
写出三能级和四能级系统的激光上能级阈值粒子数密度，假设总粒子数密度为n ，阈值反转粒子数密度为n t.三能级系统的上能级阈值粒子数密度22tt n n n +=；四能级系统的上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。
产生多普勒加宽的物理机制是什么？多普勒加宽的物理机制是热运动的原子（分子）对所发出（或吸收）的辐射的多普勒频移。
均匀加宽介质和非均匀加宽介质中的增益饱和有什么不同？分别对形成的激光振荡模式有何影响？均匀加宽介质：随光强的增加增益曲线会展宽。
激光原理及应用试卷.
激光原理及应用试卷班级姓名成绩一、填空题（1.5×20=30分）1.光与物质的相互作用有三种不同基本过程，即，及A21称为：B21称为：B12称为：自发辐射的平均寿命τ与A21关系为2.引起谱线增宽的原因主要有三种，即。
它们的线型函数有两种，分别是。
3.光的一个基本性质是具有。
一方面光是电磁波，具有波动性质，有一定的和。
另一方面光是光子流，是具有一定和的物质粒子流。
4．产生激光必须具备的三个条件：，，二、问答题（5×6=30分）1.简要叙述激光器稳定出光的过程。
2.三种谱线增宽形式中哪些是均匀增宽？哪些是非均匀增宽，为什么？3.详细说明对称共焦腔中高斯光束的特点，并图示4.叙述用兰姆凹陷稳频的工作原理。
三、 分析题（40分）1. （10’）如图所示为的1E 和0E （基态）分别为激光上下能级，0n 和1n 分别为上下能级的粒子数密度，谐振腔中传播的单色光能密度为ρ（假设其线宽比介质的线型函数)(v f 的线宽窄得多）。
图中过程①为泵浦速率为R 0的抽运过程，②为自发辐射过程，③和④分别为受激辐射和受激吸收过程,自发辐射系数、受激辐射系数和受激吸收系数分别为A 10、B 10、B 01。
试写出1E 能级在单位时间内粒子数密度的增加量，并说明表达式中每一项的物理意义2. （15分）一染料激光器输出激光的波长为0.63μm ，采用平凹腔，凹面镜的曲率半径为2m ，腔长为1m ，（1）求出它所产生的高斯光束的光腰大小和位置，共焦参数f 以及发散角θ。
（2）如果使用焦距为5cm 的凸透镜聚焦，入射光腰到透镜的距离为1.50m 。
问：离透镜1.0m 处的出射光斑半径为多少？3.（15’）设有三束频率分别为0ν、νν∆+0和νν∆-0、光强为I 0、I 1和I 2的强光沿相同方1E 0E向或相反方向（如图）通过中心频率为0ν的非均匀加宽增益介质（I 0>I 1> I 2）。
试分别分析下列两种情况下反转粒子数按速度z υ的分布，并画出相应的分布曲线，要求在图中标出烧孔位置及烧孔深度。
激光原理与技术A卷
2007 ─2008学年 第 1 学期 1 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A 卷)专业：应物 年级：2041/2042 考试方式：闭卷 学分：3 考试时间：120 分钟一、选择题 (每小题 3 分，共 30 分)1．调Q 激光器的脉宽为 量级。
（A ）μs (B) ns (C) ps (D) f s2. 图1是某连续激光经调制后的频谱，调制信号的频率为 。
(A) 50MHz (B) 100MHz (C) 5MHz (D) 20MHz3. 图2是某单模光纤FP 腔的输出光谱，则此FP 腔的自由谱宽为 。
(A) 0.2nm (B) 0.4nm (C) 0.6nm (D) 0.8nm 4. 单模光纤最低损耗工作波长为: 。
(A) 1.55μm (B) 1.31μm (C) 1.06μm (D) 0.85μm 5. 光纤的传输色散主要限制了光纤通信的 .(A) 传输距离 (B) 传输速率 (C) 传输噪声 (D) 传输波长A 卷第 1 页共 页图1 图2 （ 0.800nm/div)6. 图3是某可调谐DFB 激光器输出的光波经过一带通滤波器后的光谱曲线,则此激光器的输出波长约为: .(A) 1550.28nm (B) 1549.48nm (C) 1551.08nm (D) 1550.68nm7. 图4是某锁模脉冲激光器输出的RF 频谱,则此脉冲激光器的重复频率为: .(A) 7MHz (B) 10MHz (C) 5.88 MHz (D) 100MHz8. 当频率的超声波MHz f s 40=在熔凝石英声光介质(n=1.54)中建立起超声场时)/1096.5(5s cm v s ⨯=,波长为m μλ06.1=的入射光所满足布拉格条件入射角为 mrad 。
(A) 2.3×10-1 (B) 2.3×10-2 (C) 2.3×10-3 (D) 2.39. 一个YAG 激光放大器，1730610n cm -∆=⨯，19212510cm σ--=⨯，对一矩形光脉冲放大，已知光束截面是20.5cm ，光子能量191.8610h J ν-=⨯，脉宽为10n s ，能量为50m J ，若要求放大到200m J ，则放大介质的长度应为 .(A) 4.62cm (B) 7.44cm (C) 8.64cm (D) 1.55cm10. 有一掺钕钇铝石榴石激光器(假设折射率为1)，振荡线宽(荧光谱线中能产生激光振荡的范围)Hz osc 101012⨯=∆υ，腔长L=0.5m ，则osc υ∆内可容纳纵模的数目为 。
激光原理与技术试卷08级A卷评分标准
评分标准及参考答案专业班级姓名学号开课系室光电信息科学系考试日期 2010年12月16日本套试题共17题，满分100分，答题时间120分钟。
一、填空题：（本题共40分）1、（2分） LASER 是英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的缩写。
(如单词写的不全，或拼写有误，酌情扣1分)2、（3分） 激光器主要由 工作物质 、 谐振腔 和 泵浦系统 三部分组成。
（每空1分，答出基本含义就给分）3、（2分） 有一个谐振腔，腔长L=1m ，折射率取1，在1500MHz 的范围内所包含的纵模个数为 10 或11 个。
（答10 ；11；10或11均给分）4、（4分）目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为固体激光器、气体激光器、 液体激光器 、 半导体激光器 、 化学激光器 和 光纤激光器 等。
（写出4类即可，重复的扣分） 5、(3分) 稳定腔的一块反射镜的曲率半径13R L =，其中L 为腔长，则另一面镜的曲率半径取值范围 2R L >或22R L <-。
（缺一个解扣1分）6、（3分） 一般文献将激光的基本特性归结为 方向性 、 单色性 和 高亮度 。
（答出基本意思就给分）7、（3分）一光束通过长度为1m 的均匀激励工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，那么该物质的增益系数为 l n 2 （假设光很弱，可不考虑增益或吸收饱和效应）。
8、（4分） 采用调Q 技术可将激光的脉宽压缩到纳秒量级，常用的调Q 方法有 转镜调Q 、 电光调Q 、 声光调Q 和 饱和吸收调Q 等。
（每空1分） 9、（2分） 多普勒加宽属于 非均匀 加宽，其特点为原子系统中不同原子或原子群对谱线的不同部分有贡献；而碰撞加宽属于 均匀 加宽，其特征是所有原子对整个谱线都有贡献。
10、(4分) 写出下面几种激光器的较强谱线波长：（请以纳米为单位） (1)红宝石激光器 693.4nm (2)Nd:YAG 激光器 1064nm (3)2CO 激光器 16000nm (4)He-Ne 激光器 632.8nm (每空1分，不按要求的单位不得分)11、（3分） 激光倍频技术可以使激光的频率变为原来的 2 倍，具体实现有 内 腔倍频和 外 腔倍频两类。
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0n ∆>。
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∆ν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∆ν 时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75∆ν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n 2t 。
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ν1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。
即在频率为ν1，光强为I ν1的强光作用下，使表观中心频率处在 ν1±(1+ I ν1 /I s )1/2 ∆νH /2范围内的粒子产生受激辐射，因此在∆n (ν)~ν 曲线上形成一个以ν1为中心，宽度约为 (1+ I ν1 /I s )1/2 ∆νH 的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。
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。
激光原理与技术09级A卷含答案
长江大学试卷院（系、部）专业班级姓名学号…………….…………………………….密………………………………………封………………..…………………..线……………………………………..2011 ─2012学年 第 2 学期 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A 卷) 专业：应物 年级2009级 考试方式：闭卷 学分4.5 考试时间：110 分钟 相关常数：光速：c=3×108m/s, 普朗克常数h =6.63×10-34Js, 101/5=1.585 一、选择题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 掺铒光纤激光器中的发光粒子的激光上能级寿命为10ms ，则其自发辐射几率为 。
（A ）100s -1 (B) 10s -1 (C) 0.1s -1 (D) 10ms 2. 现有一平凹腔R 1→∞，R 2=5m ，L =1m 。
它在稳区图中的位置是 。
(A) (0, 0.8) (B) (1, 0.8) (C) (0.8, 0) (D) (0.8, 1) 3. 图1为某一激光器的输入/输出特性曲线，从图上可以看出，该激光器的斜效率约为 。
(A) 10% (B) 20% (C) 30% (D) 40% 图1 图2 4．图2为某一激光介质的吸收与辐射截面特征曲线，从图上可以看出，该激光介质可用来产生 的激光。
(A) 只有1532 nm (B)只能在1532 nm 附近 (C) 只能在1530 nm-1560nm 之间 (D) 1470 nm-1570nm 之间均可 A 卷第 1 页共 6 页题号 一 二 三 四 总分 阅卷人 得分 得分5. 电光晶体具有“波片”的功能，可作为光波偏振态的变换器，当晶体加上Vλ/2电场时，晶体相当于。
（A）全波片(B) 1/4波片(C) 3/4波片(D) 1/2波片6. 腔长3m的调Q激光器所能获得的最小脉宽为。
（设腔内介质折射率为1）（A）6.67ns (B) 10ns (C) 20ns (D) 30ns7. 掺钕钇铝石榴石（Y3Al5O12）激光器又称掺Nd3+:YAG激光器，属四能级系统。
《激光原理与技术》课程考试试题
《激光原理与技术》课程考试试题学年 第 学期 班级时量：100分钟 总分100分，考试形式，闭卷一、简答题（前小题8分，共40分）1、激光有哪些基本特性？简述各特性的典型应用。
2、简述激光二能级系统原子能级间的三种跃迁方式，写出各种跃迁引起的较高能态粒子数密度的变化速率。
3、简述激光产生的必要条件和充分条件。
为满足产生激光的充分条件，增益物质的增益系数与介质的几何尺寸应满足何种关系？4、激光器的构造包括哪几个主要部分？简述各部分的基本作用。
5、激光器间接泵浦技术有哪些？简述其基本工作原理。
二、画出三能级系统粒子转移示意图，写出固体三能级系统速率方程组，并简述粒子的转移过程（共10分）三、计算题（每小题10分，共50分）1、 求He-Ne 激光器所发光子的能量、质量，并求此光子的位置不确定度（已知h =6.63×10-34，光波长为63280A ，单色性参数R=/λλ∆=10-5）。
2、 写出自然加宽线型函数的表达式；求解频率20N v v v =处自然加宽线型函数值的值（用峰值m g 表示）；若某洛仑兹线型函数为()2130()()1.610Kg v s v v =-+⨯，求此线型函数的线宽v ∆及常数k 。
3、 某发光粒子以0.25c 的速度运动时，恰好可和同方向传播的光束发生共振作用，已知此粒子的固有波长为0.668μm ，求该光束的波长。
4、 连续激光器稳定工作时，输出光波波长 1.5m λμ=，发光粒子的浓度为123810n cm -=⨯。
已知激光介质折射率为1.5，介质棒长度50L cm =，腔横截面积为21S mm =，输出镜透过率T=0.05.（1） 求腔内稳定光强。
（2） 若输出光强是稳定光强的一半，求输出光功率。
（3） 假设可将所有发光粒子全部激发到激光上能级，求在一次脉冲过程中输出的能量。
5、 如下图所示，光学平板厚度为L ， 平板折射率为2n ，已知平板左右两侧材料的折射率分别为1n 和3n ，求光通过平板时总的变换矩阵。
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
==。
不得不看的激光原理试题,考试必备
，为大信号增益。
增益饱和(p16)：当光强足够强时，增益系数 g 也随着光强的增加而减小，这 一现象称为增益饱和效应。 12.什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？Page17 答：自激振荡 (p18)：不管初始光强 I 0 多么微弱，只要放大器足够长，就总是形成 确定大小的光强 I m ，这就是自激振荡的概念。 产生条件(p18)： g 0 ， g 0 为小信号增益系数， 为包括放大器损耗和谐振腔 损耗在内的平均损耗系数。 13.激光的基本特性是什么？Page19 答：激光四性：单色性、相干性、方向性和高亮度。这四性可归结为激光具有很 高的光子简并度。 14．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? Page19-23 答：(1)激光的方向性越好，它的空间相干性程度越高。(p19) (2)激光的相干时间 c 和单色性 存在着简单关系 c 时间越长。(p21) (3) 激光具有很高的亮度，激光的单色亮度 B
n2 (t ) n20e A21t （ n20 为 t 0 时刻高能级具有的粒子数）
1 n20
所以自发辐射的平均寿命 s
0
n2 (t )dt
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之几？Page23（8） 解：设进入材料前的光强为 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之比 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发射作用的物质体系。 接收来自泵浦源的能量，对外发射光波并能够强烈发光的活跃状态，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，从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： 。
激光原理与技术试题答案
- 第1学期 《激光原理和技术》B 卷 试题答案1．填空题(每题4分)[20]1.1激光相干时间τc 和表征单色性频谱宽度Δν之间关系为___1c υτ∆= 1.2一台激光器单色性∆λ/λ为5x10-10，其无源谐振腔Q 值是_2x1091.3假如某工作物质某一跃迁波长为100nm 远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105 S -1，该跃迁受激辐射爱因斯坦系数B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -11.4设圆形镜共焦腔腔长L=1m ，若振荡阈值以上增益线宽为80 MHz ，判定可能存在_两_个振荡频率。
1.5对称共焦腔=+)(21D A _-1_，就稳定性而言，对称共焦腔是___稳定_____腔。
2. 问答题(选做4小题，每小题5分)[20]2.1何谓有源腔和无源腔？怎样了解激光线宽极限和频率牵引效应？有源腔：腔内有激活工作物质谐振腔。
无源腔：腔内没有激活工作物质谐振腔。
激光线宽极限：无源腔线宽极限和腔内光子寿命和损耗相关：122'c Rc L δυπτπ∆==；有源腔因为受到自发辐射影响，净损耗不等于零，自发辐射随机相位造成输出激光线宽极限2202()t c s t outn h n P πυυυ∆=∆。
频率牵引效应：激光器工作物质折射率随频率改变造成色散效应，使得振荡模谐振频率总是偏离无源腔对应模频率，而且较后者更靠近激活介质原子跃迁中心频率。
这种现象称为频率牵引效应。
2.2写出三能级和四能级系统激光上能级阈值粒子数密度，假设总粒子数密度为n ，阈值反转粒子数密度为n t.三能级系统上能级阈值粒子数密度22tt n n n +=；四能级系统上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。
2.3产生多普勒加宽物理机制是什么？多普勒加宽物理机制是热运动原子（分子）对所发出（或吸收）辐射多普勒频移。
2.4均匀加宽介质和非均匀加宽介质中增益饱和有什么不一样？分别对形成激光振荡模式有何影响？均匀加宽介质：随光强增加增益曲线会展宽。
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=∆2hp 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 c MHz .Hz ...c c 19101910751143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆-输出损耗: 1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δs ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ686810964107821061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=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 q 005.0201.02===T δs 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0.01π，求此激光器的无源腔本征纵模的模式线宽。
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激光原理与激光技术试卷
姓名__________ 专业方向__________ 成绩__________
说明： 1 本试卷为2013级研究生2013-2014学年使用；
2 本试卷独立完成，考生可参考书及笔记本，要求2014年1月10日前完成。
一、解释下列名词 (15分)
腔寿命――
纵膜频率间隔――
横膜――
等价共焦腔――
高斯光束焦参数――
二、简答题 (25分)
1.简述激光器的构成及各部分的功能；
2.什么是单程功率损耗？单程功率损耗包括哪些方面？
3.谐振腔的本征纵膜频率间隔与哪些因素有关，起振模式数指什么？
4.影响频率稳定的原因是因为哪些参数发生变化？
5.高斯光束聚焦和准直各有什么特点？与平行光束的聚焦和准直有什么
区别？
三、证明题 (20分)
请用光学变换矩阵的方法证明双凹共焦腔的稳定性。
四、计算题
1.(15分) 一氦氖激光器腔长L = 30 cm，腔内气体折射率 n ≈ 1，其非均
匀加宽的线宽∆νD= 1.5×105 MHz，求：
(1) 该激光器的纵膜频率间隔；
(2) 满足域值条件的纵膜个数；
(3) 为使满足域值条件的纵膜数限制为10，腔长应限制在什么范围？
2.(25分) 一台Nd:YAG激光器(波长λ = 1.06μ m) 采用对称共焦腔结
构，腔长L = 1.2m，求：
(1)求此激光器基膜高斯光束的腰斑半径及镜面上的基膜光斑半径；
(2)求此激光器基膜高斯光束的远场发散角；
(3)求此腔产生的高斯光束焦参数；
(4)求腰处及与腰斑相距2米处的q参数；
(5)请设计一个与该共焦腔腔长相等的，平凹腔结构的等价球面腔，并
画出该共焦腔与等价球面腔的结构示意图。
1。