激光原理简答题
激光原理与技术复习——简答题精编版
激光原理复习题----填空简答论述1.什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。
这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。
2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度？答：光的相干性:在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。
相干时间：光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。
相干长度：相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。
3.何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源的光子简并度与它的相干性什么联系？答：光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度。
光子简并度有以下几种相同含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
联系：激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。
4.什么是黑体辐射？写出公式,并说明它的物理意义。
答：黑体辐射：当黑体处于某一温度的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。
物理意义：在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。
.5.描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
Page10答：(1)自发辐射：处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并发射一个能量为的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。
特征：a) 自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程,无需外来光。
b) 每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为，各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。
激光原理填空题
激光原理填空一、简答题1.激光器的基本结构包括三个部分，简述这三个部分答：激光工作物质、激励能源（泵浦）与光学谐振腔；2.物质的粒子跃迁分辐射跃迁与非辐射跃迁，简述这两种跃迁的区别。
答：粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁，辐射跃迁必须满足跃迁定则；非辐射跃迁表示在不同的能级之间跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给他的能量。
3.激光谱线加宽分为均匀加宽与非均匀加宽，简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线型。
答：如果引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽。
自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加宽类型。
非均匀加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献。
多普勒加宽与固体晶格缺陷属于非均匀加宽。
4.简述均匀加宽的模式竞争答：在均匀加宽的激光器中，开始时几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争，结果总是靠近中心频率的一个纵模获胜，形成稳定的振荡，其他的纵模都被抑制而熄灭。
这种情况叫模式竞争。
5.工业上的激光器主要有哪些应用？为什么要用激光器？答：焊接、切割、打孔、表面处理等等。
工业上应用激光器主要将激光做热源，利用激光的方向性好，能量集中的特点。
6.说出三种气体激光器的名称，并指出每一种激光器发出典型光的波长与颜色。
答：He-Ne激光器，632.8nm（红光），Ar+激光器，514.5nm（绿光），CO2激光器，10.6μm （红外）7.全息照相是利用激光的什么特性的照相方法？全息照相与普通照相相比有什么特点？答：全息照相是利用激光的相干特性的。
全息照片是三维成像，记录的是物体的相位。
、二、证明题：（每题6分，共18分）1. 证明：由黑体辐射普朗克公式 33811h KT h c e ννπνρ=- 导出爱因斯坦基本关系式：3213218A h n h B cνπνν== 三、计算题氦氖激光器中Ne 20能级2S 2-2P 4的谱线为1.1523μm 。
激光原理简答题(西南科技大学)
光学谐振腔的作用1、提供正反馈（放大）作用（1）腔镜的反射率（吸收、透射少，反射率大；反之亦然）；（2）腔镜的形状及组合方式。
2、控制振荡光束，表现在三个方面（1）控制纵模的数目—光的模式少，光子的简并度高（2）控制高阶横模—基模光强大、光斑小、发散角小（3）控制各种损耗—在增益一定的条件下，通过控制损耗来控制激光的输出。
横模的形成a 、谐振腔中稳定的激光等效于任何波面的光通过一系相同列光栏后形成的自再现光场b 、光栏有衍射，因此在光束的不同位置光将形成干涉叠加，这种稳定的叠加就形成了横模c 、不同位置稳定场形成的条件不同，故而有不同频率。
不同频率的横模的光场有不同的横向分布，它们是重叠在激光腔的同一空间内。
1、损耗的种类（1）几何损耗：非平行轴的光线，折、反出腔外的损耗。
① 光腔结构和尺寸影响的损耗；② 横模阶次的高低不同损耗不同。
一般，高阶模的损耗大。
（2）衍射损耗：反射镜尺寸有限、腔中有插件，必有衍射。
① 损耗与菲涅尔数N=a2/Lλ有关，该常数越小，损耗越大。
② 与腔的几何结构有关，参数g=1-L/R 越小损耗越大。
③ 与横模的阶次有关，阶次越高损耗越大。
（3）腔镜反射不完全引起的损耗① 反射镜吸收、散射引起的损耗；②反射镜的部分出射引起的损耗（对固体激光器可达50%）（4）非激活吸收、散射引起的损耗① 腔内加插件引起的损耗a 、产生偏振光的布儒斯特窗口b 、提高激光瞬间强输出功率的调Q 元件c 、各种用途的加载调制元件② 非激活介质的吸收、散射两个相同腔面共振漠视的积分方程 意义腔内可能存在着得稳定的共振光波场，他们由一个腔面传播到另一个腔面的过程中虽然经受了衍射效应，但这些光波场在两个腔面处得相应振幅分布和相位分布保持不变，亦即共振光波场在腔内多次往返过程中始终保持自洽或自再现的条件。
方形镜共焦腔： 长椭球函数，在N 很大的情况，可以表示成厄米多项式与高斯函数乘积的形式。
圆形镜共焦腔： 超椭球函数，在N 很大的情况，可以表示成拉盖尔多项式与高斯函数乘积的形式。
激光原理简答题题型归纳
一、简答题1.画出TEM32模的强度花样图。
2.说出增益饱和的物理意义。
3.为什么连续激光器能连续稳定的输出激光？腔内有其他光学元件的两镜腔中，除两面反射镜外的其余部分的变换矩阵元为A BCD，腔镜曲率半径为R1和R2，证明该谐振腔的稳定性条件为：0<g1g2<1其中：g1 = D – B / R1；g2 = A – B / R2〖激光原理〗三能级系统和四能级系统哪个更易形成激光输出，原理是什么？〖激光原理〗如何实现激光光束的准直？〖激光原理〗均匀加宽与非均匀加宽的特点是什么？谱线加宽的原因是什么？〖激光原理〗请简述什么是高斯光束q参数，其有何意义？〖激光原理〗激光谐振腔内的损耗有哪些？用什么参数表示？2. 简述调Q技术3. 解释空间烧孔现象4. 激光3能级与4能级系统有哪些区别5. 激光的横模是什么？6. 非均匀加宽和均匀加宽的区别9. 稳定腔的优缺点？10. 调Q的原理？怎么实现？有什么作用？11. 激光有哪些特性，主要有什么应用12. 非稳腔损耗很大，那是不是不能输出激光，非稳腔的特点之类（就是想让你说出非稳腔的损耗作为输出了）13. 模体积是什么14. 解释什么是粒子数反转18. 解释激光器纵模19. 解释LASER一词的由来20. 简述多普勒加宽和兰姆效应。
（后来问了保外还是保内，平时时间怎么分配，有没有兴趣读博士）21. 请说出几种气体激光器及固体激光器的名称。
后来又问了关于泵浦的问题22. 双周期透镜波导与对称共焦腔的关系23. 调Q原理？Q参数含义？损耗变大，Q参数如何变化？调Q的方法有哪些？24. 要想提高激光器的输出功率，有哪些措施？25. 产生激光的两个必要条件光学谐振腔的作用（加问）26. 什么是稳频技术27. 非稳腔的优点和缺点28. 如何选出单纵模？29. 解释纵模？纵模间隔是多少？30. 激光器有什么工业应用？为什么能有这样的应用？31. 所有的激光束都是高斯光束吗？32. 什么是均匀展宽？33. 对称共轴球面腔的稳定条件？平凸腔是不是稳定腔？34. 自激振荡产生的条件？35. 什么是受激辐射和自发辐射，举出他们实际应用的例子。
激光物理简答题
第一章激光器的基本原理1、问：产生激光的条件是什么？(戴大鹏)答： 1.受激辐射是激光产生的必要条件； 2.要形成激光，工作物质必须具有亚稳态能级，这是产生激光的第二个条件； 3.选择适当的物质，使其在亚稳态能级上的电子比低能级上的电子还多，即形成粒子束反转，这是形成激光的第三个条件；4.激光中开始产生的光子是自发辐射产生的，其频率和方向是杂乱无章的。
要使得频率单纯，方向集中，就必须有一个谐振腔，这是形成激光的第四个条件；5. 只有使光子在腔中振荡一次产生的光子数比损耗掉的光子要多得多，才能有放大作用，这是产生激光的第五个条件。
2、问：什么是粒子数反转？(钟双金)粒子数反转 (population inversion )是激光产生的前提。
两能级间受激辐射几率与两能级粒子数差有关。
在热平衡状态下，粒子数按能态的分布遵循玻耳兹曼分布律，这种情况得不到激光。
为了得到激光，就必须使高能级 E2 上的原子数目大于低能级 E1 上的原子数目，因为 E2 上的原子多，发生受激辐射，使光增强(也叫做光放大) 。
为了达到这个目的，必须设法把处于基态的原子大量激发到亚稳态 E2，处于高能级 E2 的原子数就可以大大超过处于低能级 E1 的原子数。
这样就在能级 E2 和 E1 之间实现了粒子数的反转。
实现粒子数反转的条件：通常实现粒子数反转要依靠两个以上的能级：低能级的粒子通过比高能级还要高一些的泵浦能级抽运到高能级。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发激光材料，称为电激励；也可用脉冲光源来照射光学谐振腔内的介质原子，称为光激励；还有热激励、化学激励等。
各种激发方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了使激光持续输出，必须不断地“泵浦”以补充高能级的粒子向下跃迁的消耗量。
3、什么叫纵模、横模？由谱线宽度和腔长来估算可能振荡的纵模数目答案：光场在腔内的纵向和横向分布分别叫做纵模和横模。
横模数目 n=谱线宽度/c纵模数目 n=谱线宽度/ (c/2*腔长 L)第二章激光器的速率方程理论答案：第三章 密度矩阵1：考虑衰减过程、原子的泵浦或激发过程，写出在初始光场为零时的光学布洛 赫方程并说明各项含义。
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。
激光原理简答1
答：共焦球面扫描干涉仪是一个无源谐振腔。
由两块球形凹面反射镜构成共焦腔,既两块镜的曲率半径和腔长相等，R1=R2=L。
反射镜度有高反射膜。
两块镜中的一块是固定不变的，另一块固定在可随外加电压而变得电压陶瓷环上。
改变腔长L或改变腔内折射率n，就可以使不同波长的光以最大的透射率透射，实现光谱扫描。
从而使各个激光模式依次通过干涉仪，由光电接收器转换成电信号，并连接到示波器观察。
从而荧光屏上即显示出透过干涉仪的激光模式。
2.简述电光调Q技术的原理，框图及调节Q开关注意问题。
答：调Q原理：通过某种方法使谐振损耗按照规定的程序变化，在泵浦激励刚开始时，先使光腔具有高损耗，激光器由于阈值高而不能产生激光振荡，于是亚稳态上的粒子数便可以积累到较高的水平。
然后在适当的时刻，使腔的损耗突然降低，阈值也随之突然降低，此时反转集居数大大超过阈值，受激辐射极为迅速地增强。
在极短时间内，上能级储存的大部分粒子的能量转变为激光能量，在输出端有一个强的激光巨脉冲输出。
电光调Q：利用晶体的普克尔效应来实现损耗突变。
注意问题：激光器输出的光能量高、功率密度大，应避免直射到眼睛。
避免用手接触激光器的输出镜，晶体的镀膜面，膜片应防潮，不用的晶体，输出腔片用镜头纸包好，放在干燥器里。
3.简述非均匀加宽工作物质增益饱和的“烧孔效应”及特性。
答：入射光强与饱和光强可比拟时，入射光强增加，增益系数减少。
这就是非均匀加宽情况下的增益饱和现象。
增益曲线的烧孔效应：在非均匀增宽型介质中，频率为、强度为I 的光波只在附近宽度约为的范围内有增益饱和作用。
增益系数在处下降的现象称为增益系数的“烧孔”效应。
空间烧孔效应：当频率为v的纵模在谐振腔内产生稳定振荡时，腔内就会形成驻波场，波腹处的光强最大，波节处的光强最小。
频率为v的模在腔内的平均增益系数为g，但轴向上各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数最小，波节处增益系数最大，这一现象为增益的空间烧孔效应。
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。
精简版---激光原理知识点+复习90题
T
A C
1 2L
B D
2 R1
R2
2 R2
1
2L R1
2 L1
L R2
2L R1
1
2L R1
1
2L R2
把条件 R1 R2 R L 带入到转换矩阵 T，得到：
T
A C
B D
1 0
0 1
共轴球面腔的稳定判别式子 1 1 A D 1
2
如果 1 A D 1 或者 1 A D 1 ，则谐振腔是临界腔，是否是稳定腔要根据情况来定。本题中 ，
(1)判断腔的稳定性; (2)求输出端光斑大小； (3)若输出端刚好位于焦距 f=0.1m 的薄透镜焦平面上，求经透镜聚焦后的光腰大小和位置。
解: (1)如图所示，等效腔长
L
'
a
b
0.44
m
0.1 m 1.7
0.5m
由等效腔长可得
：
g1 g 2
1
L' R1
1
L' R2
1
0.5 1
1
0.5
2
1
1.52 1
1.52
要达到稳定腔的条件，必须是 1 1 A D 1，按照这个条件，得到腔的几何长度为：
2
1.17 L1 2.17 ，单位是米。（作图）
11
4.4（夏珉习题 2.19 数据有改变）如图 2.8 所示，波长 1.06m的钕玻璃激光器,全反射镜的曲率半径
R=1m，距离全反射镜 0.44m 处放置长为 b=0.1m 的钕玻璃棒，其折射率为 n=1.7。棒的右端直接 镀上半反射膜作为腔的输出端。
第三章
光学谐振腔
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〕。
激光原理真题
2000年 一． 简答题（20）1. 写出光与物质相互作用的爱因斯坦关系式，说明其物理意义。
2. 由爱因斯坦关系式出发，阐述激光产生的物理思想。
二．（30分）通常用单色性好，方向性好，相干性好，瞬时性好（能产生超短脉冲）以及亮度高来概括激光的特性，请逐一表述其内涵，并说明为什么？三．（15分） 1.画出32TLM .模厄米高斯光束和23TLM .拉盖尔高斯光束的横截面光斑花样图，并说明为什么？2．无源光腔的共振频率为g W ，在该腔中插入增益介质（中心频率为0g W W >）后，共振频率变为1W ，在插入某吸收介质（中心频率仍为0g W W >）后，共振频率变为2W ，试对0W 、g W 、1W 、2W 的高低排序，并说明为什么？3.大多数实际应用中要求单横模运转的激光器，试述单横模实现的方法，为什么？四．（18分）1.双凹共轴球面镜光腔的腔镜曲率半径分别为1R 、2R ，腔长为L ，以腔长L 为横轴，自行设定1R 、2R ，标明L 取值在哪些区域上时才构成高斯腔，然后在12g g 图上标明相应区域的位置。
2. 画出12g g 腔图上（-1，-1）、（1，0.5）、（-1，-0.5）、（-2，-0.2）各点对应的腔型图。
3.在12g g 腔图上，连接（-1，-1）和（1,1）得一直线对应一系列腔型，试用12mng V g g 图形描述这些腔型共振频率的变化规律。
五．（17）如图所示的能级系统，能级1,2的泵浦速率分别为1R 、2R ；寿命分别为1τ、 2τ；能级简并度分别为1g 、2g ；且20τ，受激跃迁在能级1,2之间进行。
1.写出能级1,2的速率方程 2.求小信号条件下的粒子数反转； 3.讨论所得结果。
2001年 一．简答题1. 什么是非稳腔的自在现波形？（5）2. 试画出10TLM 模和32TLM 模的光强分布。
（5）3. 产生多普勒加宽的物理机制是什么？（5）4. 激光自激振荡输出的条件及过程是什么？（5）5. 试说明从小信号开始到形成连续稳定激光输出的物理过程。
激光原理问答题汇总
激光原理问答题汇总第一章激光的基本原理1、LASER英文名称的含义是什么？激光是何时何人发明的？2、激光的基本特性是什么？3、激光器主要由哪些部分组成？谐振腔的作用是什么？4、光波模式和光子态的关系。
5、什么是光子简并度？6、描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
7、Einstein系数有哪些？他们之间的关系是什么？8、光放大的条件是什么？什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？9、如何定义激光增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和？10、什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？第二章开放式光腔与高斯光束1、什么是谐振腔的谐振条件？如何计算纵模的频率、纵模间隔?2、在激光谐振腔中有哪些损耗因素？可以分为哪两类？3、哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关系如何？4、什么是激光谐振腔的稳定性条件？5、画出共轴球面腔稳定性图，并标出对称共焦腔、FP腔、半共焦腔在图中的位置。
6、如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？7、求解菲涅耳－基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么？8、给出圆形镜、方形镜几个横模的光斑花样的表示式。
9、什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性?10、什么是腔的菲涅耳数？它与腔的损耗有什么关系？第三章电磁场与物质的共振相互作用1、激光器的理论有哪些？它们是如何处理光和物质的？2、什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？3、如何定义线型函数和谱线宽度？4、如何理解均匀加宽和非均匀加宽？它们的机制有哪些？5、指出自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线形函数类型。
6、分析三能级和四能级系统中粒子在各能级之间的跃迁过程，并写出速率方程。
7、说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理，并写出激光增益的表达式。
8、在强光入射下，均匀加宽和非均匀加宽工作物质中，弱光的增益系数如何变化？第四章激光振荡特性1、激光器按照泵浦持续时间区分，有哪些类型？2、激光器的振荡条件是什么？稳定工作条件又是什么？3、在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不同？4、什么是兰姆凹陷？它是如何形成的？5、什么是激光器的驰豫振荡现象？如何定性解释？6、为什么存在线宽极限？它取决于什么？7、什么是频率牵引？。
哈工大《激光原理》研究生入学考试简答题
的变换规律遵循 q2
Aq1 B 公式。 Cq1 D
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
31．简述描述高斯光束的（f，z）参数、 （ω，R）参数、q 参数之间的关系。 答：
32．简述衍射场自洽积分方程本征值γ的物理意义。 答： （1）
1 e
h / kT
1
，
激光： n
p c ，其中 T 为绝对温度，p 为激光器向单模发射的功率，τc 为相干时间。 h
20．三能级系统和四能级系统最本质区别是什么？为什么三能级系统实现粒子数反转 比四能级系统困难（或者说对泵浦源的要求更高）？ 答：三能级系统的激光下能级为基态，而四能级系统的激光下能级为激发态。由 于热平衡情况下绝大部分粒子处于基态，所以三能级系统要实现粒子数反转需要至少 把一半的基态粒子泵浦到激光上能级。而四能级系统的激光下能级为激发态，热平衡 情况下其基本处于排空状态， 将很少的粒子泵浦到激光上能级就可以实现粒子数反转。 因此三能级系统实现粒子数反转比四能级系统困难（三能级系统比四能级系统对泵浦 源的泵浦能力要求更高） 。 21．什么是增益饱和？均匀加宽和非均匀加宽工作物质的增益饱和的基本特征分别是 什么？ 答：当激光器内光强达到一定值时，反转粒子数密度（增益）随光强的增大而减 小的现象为增益饱和。 均匀加宽工作物质的增益饱和为增益曲线整体下降，增益曲线最大值变小，宽度 变宽；非均匀加宽工作物质的增益饱和为增益曲线局部下降，产生烧孔效应。 22．均匀加宽激光器中的模竞争的概念。 答：在均匀加宽激光器中，通过饱和效应靠近中心频率的模总是把别的模抑制下
第二部分
1. 调 Q 技术的基本原理。 答：采用某种办法使光腔在泵浦开始时处于高损耗（低 Q 值）状态，这时激光的 振荡阈值很高，反转粒子数即使积累到很高水平也不会产生激光；当积累的反转粒子 数达到很大值时，突然使光腔的损耗降低（高 Q 值） ，这时发转粒子数远大于阈值，存 储到上能级的粒子迅速跃迁到下能级，输出一个峰值功率高、宽度窄的激光脉冲。 2. 什么是主动调 Q？什么是被动调 Q？ 答：主动调 Q：谐振腔 Q 值的变化由外部驱动源控制，与腔内激光光强无关。被 动调 Q：谐振腔 Q 值取决于腔内激光光强。 3．声光调 Q 工作原理。 答：通过电声转换形成超声波，使调制介质折射率发生周期性变化，对入射光起 衍射栅作用，使之发生衍射损耗，Q 值下降，激光振荡不能形成。在光泵激励下上能 级反转粒子数不断积累并达到饱和值，这时突然撤除超声场，衍射效应立即消失，腔 内 Q 值猛增，激光振荡迅速建立，其能量已巨脉冲形式输出。 4. 简述可饱和吸收染料调 Q 基本原理。
激光原理填空
1．一个光具组中可能有许多光阑，其中叫有效光阑，有效光阑经它前面系统所成像叫，经后面系统所成的像叫。
2. 在光学各向异性的晶体内部有一确定的方向，沿这一方向寻常光o光和非常光e光的相等，该方向称为晶体的光轴，只有一个光轴方向的晶体称为晶体。
3. 水中的球形空气泡能起透镜的作用，它是会聚透镜还是发散镜？。
4. 一束自然光以布儒斯特角入射到平板玻璃上,就偏振状态来说，则反射光为，反射光的E矢量的振动方向；透射光为。
5. 一束自然光从空气投射到玻璃上，当折射角为30°时，反射光是完全线偏振光，则此玻璃板的折射率等于。
6. 在光学各向异性的晶体内部有一确定的方向，沿这一方向寻常光o光和非常光e光的相等，该方向称为晶体的光轴，只有一个光轴方向的晶体称为晶体。
7. 在单缝的夫琅和费衍射实验中，波长为λ的单色光垂直入射到缝宽为b = λ的单缝上，对应于衍射角为30º方向，单缝处的波面可分成的半波带的数目为。
8. 将波长为λ的平行单色光垂直投射于一狭缝上，若对应于衍射图样的第一级暗纹位置的衍射角的绝对值为θ，则缝的宽度为。
9.在单缝夫琅和费衍射图中所画的各条正入射光线间距相等（图1），那么光线1和3在屏上P点相遇时的相位差为，P点应为点(亮/暗)。
10. 用λ＝600 nm的单色光垂直照射牛顿环装置时，从中央向外数第4个(不计中央暗斑) 暗环对应的空气膜厚度为。
11.有两个相同的相干点光源S1和S2 ，发出波长为λ 的光。
A是它们连线的中垂线上的一点。
若在S1与A之间插入厚度为e、折射率为n的薄玻璃片，则两光源发出的光在A点的位相差△φ =。
若已知λ = 500 nm，n = 1.5，A 点恰为第四级明纹中心，则 e =。
1.在双缝干涉实验中，所用光的波长λ=5.461×10-4 mm，双缝与屏的距离为D=300 mm，双缝间距d=0.134 mm，则中央明纹两侧的两个第三级明纹之间的距离为。
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1.什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。
这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。
2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度？答：光的相干性:在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。
相干时间：光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。
相干长度：相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。
3.何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源的光子简并度与它的相干性什么联系？答：光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度。
光子简并度有以下几种相同含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
联系：激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。
4.什么是黑体辐射？写出公式，并说明它的物理意义。
答：黑体辐射：当黑体处于某一温度的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。
物理意义：在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。
5.描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
答：(1)自发辐射：处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并发射一个能量为hv的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。
特征：a)自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程,无需外来光。
b)每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为v，各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。
自发跃迁爱因斯坦系数：(2)受激吸收：处于低能态的一个原子，在频率为的辐射场作用（激励）下，吸收一个能量为的光子并向能态跃迁，这种过程称为受激吸收跃迁。
特征：a)只有外来光子能量时，才能引起受激辐射。
b)跃迁概率不仅与原子性质有关，还与辐射场的有关。
受激吸收跃迁概率：（为受激吸收跃迁爱因斯坦系数，为辐射场）(3)受激辐射：处于上能级的原子在频率为的辐射场作用下，跃迁至低能态并辐射一个能量为的光子。
受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。
特征：a)只有外来光子能量时，才能引起受激辐射；b)受激辐射所发出的光子与外来光子的频率、传播方向、偏振方向、相位等性质完全相同。
受激辐射跃迁概率：（为受激辐射跃迁爱因斯坦系数，为辐射场）6.激光器速率方程中的系数有哪些？它们之间的关系是什么？答：自发跃迁爱因斯坦系数，受激吸收跃迁爱因斯坦系数，受激辐射跃迁爱因斯坦系数关系：7.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。
8.什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？答：热平衡时能级粒子数的分布：在物质处于热平衡状态时，各能级上的原子数（或集居数）服从玻尔兹曼分布。
粒子数反转：使高能级粒子数密度大于低能级粒子数密度。
如何实现粒子数反转：外界向物质供给能量（称为激励或泵浦过程），从而使物质处于非平衡状态。
9.如何定义激光增益？什么是小信号增益？大信号增益？增益饱和？答：激光增益定义：表示光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数。
小信号增益：当光强很弱时，集居数差值不随z变化，增益系数为一常数，称为线性增益或小信号增益。
大信号增益：在放大器中入射光强与(为饱和光强)相比拟时，，为大信号增益。
增益饱和：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。
10.什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？答：自激振荡：不管初始光强多么微弱，只要放大器足够长，就总是形成确定大小的光强，这就是自激振荡的概念。
产生条件：满足腔的谐振条件，成为腔的梳状模之一；频率落在工作物质的谱线范围内，即对应增益系数大于等于阈值增益系数。
11.激光的基本特性是什么？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。
12．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?答：(1)激光的方向性越好，它的空间相干性程度越高。
(2)激光的相干时间和单色性存在着简单关系，即单色越好，相干时间越长。
(3)激光具有很高的亮度，激光的单色亮度，由于激光具有极好的方向性和单色性，因而具有极高的光子简并度和单色亮度。
13.什么是谐振腔的谐振条件？如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目？答：(1)谐振条件：谐振腔内的光要满足相长干涉条件（也称为驻波条件）。
波从某一点出发，经腔内往返一周再回到原来位置时，应与初始出发波同相（即相差为的整数倍）。
如果以表示均匀平面波在腔内往返一周时的相位滞后，则可以表示为。
λ为光在真空中的波长，L为腔的光学长度，q为正整数。
(2)如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目、纵模的频率、纵模间隔:纵模的数目:对于满足谐振条件频率为的波，其纵模数目,为小信号增益曲线中大于阈值增益系数的那部分曲线所对应的频率范围(振荡带宽)。
14.在激光谐振腔中一般有哪些损耗因素，分别与哪些因素有关？答：损耗因素：a、几何偏折损耗：与腔的类型、腔的几何尺寸、模式有关。
b、衍射损耗：与腔的菲涅尔数、腔的几何参数、横模阶次有关。
c、腔镜反射不完全引起的损耗：与腔镜的透射率、反射率有关。
d、材料中的非激活吸收、散射、腔内插入物所引起的损耗：与介质材料的加工工艺有关。
15.哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关系如何？（p29-31）答：(1)描述参数：a)平均单程损耗因子：（为初始光强，为往返一周后光强）b)腔内光子的平均寿命：c)品质因数：(2)关系：腔的损耗越小，平均单程损耗因子越小，腔内光子的平均寿命越长，品质因数越大。
16.如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？答：开腔镜面上，经过足够多次往返后，能形成这样一种稳恒场，其分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次能够再现出发时的场分布。
这种稳恒场经一次往返后，唯一可能的变化是，镜面上各点的场分布按同样的比例衰减，各点的相位发生同样大小的滞后。
把这种开腔镜面上的经一次往返能再现的稳恒场分布称为开腔的自再现模。
17.求解菲涅尔-基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么?答：本征函数:描述腔的一个自再现模式或横模。
其模描述镜面上场的振幅分布，幅角描述镜面上场的相位分布。
本征值:表示自再现模在渡越一次时的幅值衰减和相位滞后。
其模值量度自再现模在腔内往返一次的功率损耗，幅角量度自再现模的单程相移，从而也决定模的谐振频率。
18.什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性？答：(1)任意一个共焦球面腔与无穷多个稳定球面腔等价;(2)任一满足稳定条件的球面腔唯一地等价于某一个共焦腔。
即如果某一个球面腔满足稳定性条件，则必定可以找到而且也只能找到一个共焦腔，其行波场的某两个等相位面与给定球面腔的两个反射镜面相重合。
19.高斯光束的表征方法有哪些？答：(1)表征方法a)用束腰半径(或共焦参数)及束腰位置表征高斯光束；b)用光斑半径及等相位面曲率半径表征高斯光束。
20.为了使高斯光束获得良好聚焦，常采用的方法有哪些？答：a)用短焦距透镜；b)使高斯光束腰斑远离透镜焦点；c)将高斯光束腰斑半径放在透镜表面处.21.非稳腔和稳定腔的区别是什么？举例说明哪些是非稳腔？答：(1)区别：稳定腔中傍轴光线能在腔内往返任意多次而不致横向溢出腔外；而非稳腔中傍轴光线在腔内经过有限次往返后必然从侧面溢出腔外。
(2)非稳腔类型：所有双凸腔；所有平-凸腔；凹面镜曲率半径小于腔长的平-凹腔；一镜曲率半径小于腔长一镜曲率半径大于腔长的双凹腔-双凹非稳腔；两镜曲率半径之和小于腔长的双凹腔；凹面镜曲率半径小于腔长的凹凸非稳腔-凹凸非稳腔；两镜曲率半径之和大于腔长的凹凸非稳腔.22.什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？加宽机制是什么？答：(1)谱线加宽：由于各种因素的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率附近一个很小的频率范围内，这就叫谱线加宽。
(2)加宽类型及机制：a)均匀加宽自然加宽机制：原子的自发辐射引起的。
碰撞加宽机制：大量原子（分子、离子）之间的无规则碰撞。
晶格振动加宽机制：晶格振动使激活离子处于随周期变化的晶格场，激活离子的能级所对应的能量在某一范围内变化。
b)非均匀加宽多普勒加宽机制：由于作热运动的发光原子（分子所发出）辐射的多普勒频移引起的。
晶格缺陷加宽机制：晶格缺陷部位的晶格场将和无缺陷部位的理想晶格场不同，因而处于缺陷部位的激活离子的能级将发生位移，导致处于镜体不同部位的激活离子的发光中心频率不同。
c)综合加宽气体工作物质的综合加宽机制：由碰撞引起的均匀加宽和多普勒非均匀加宽。
固体激光工作物质综合加宽机制：由晶格热振动引起的均匀加宽和晶格缺陷引起的非均匀加宽。
液体工作物质的综合加宽机制：溶于液体中的发光分子与其它分子碰撞而导致自发辐射的碰撞加宽。
23.如何理解均匀加宽和非均匀加宽？答：均匀加宽：引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，对于均匀加宽，每个发光原子都以整个线型发射，不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来，或者说，每一个原子对光谱内任一频率都有贡献。
非均匀加宽：原子体系中每个原子只对谱线内与它的中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱线上的某一频率是由哪一部分原子发射的。
24.分析三能级和四能级系统中粒子在各能级之间的跃迁过程，画出示意图，为什么三能级系统比四能级系统需要更强的激励？答：这是因为四能级系统系统的激光下能级为激发态，所以只需把△n t个粒子激励到能级就可以使增益克服腔的损耗而产生激光。
而在三能级系统中，激光下能级是基态，至少要将（n+△n t）/2个粒子激励到能级上去，其中n远远大于△n t 才能形成集居数反转，所以三能级系统的阈值能量或阈值功率要比四能级系统大得多。
25.说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理。
答：均匀加宽增益饱和机理：在均匀加宽情况下，每个粒子对谱线不同频率处的增益都有贡献，也就是说均匀加宽的激光工作物质对各种频率入射光的放大作用全都使用相同的反转粒子数，因此强光会导致反转集居数密度的下降，而反转集居数密度的下降又将导致弱光增益系数的下降，结果是增益在整个谱线上均匀地下降。