哈工大激光原理考研试题(可编辑修改word版)
激光原理习题
第一章：激光的基本原理1. 为使He-Ne激光器的相干长度达到1km,它的单色性/ o应是多少？2. 设一对激光能级为E2和E i(f i=f2)，相应的频率为v(波长为)，能级上的粒子数密度分别为n2和n i，求：(a) 当v=3000MHz，T=300K 时，n2/n1=?(b) 当=i m，T=300K 时，n2/n i=?(c) 当=1 m，n2/n i=0.1 时，温度T=?3. 设一对激光能级为E2和E1(f1=f2),相应的频率为(波长为入)，能级上的粒子数密度分别为n1和n2,求(a)当尸3000Mhz,T=300K 时,n2/n1=?(b)当/=1um,T=300K 时，,n亦1=?(c)当?=1um, ,n2/n1=0.1 时，温度T=?4. 在红宝石Q 调制激光器中，有可能将几乎全部Cr+3离子激发到激光上能级并产生激光巨脉冲。
设红宝石棒直径1cm，长度7.5cm,Cr+3离子浓度为2X 1019cm-3, 巨型脉冲宽度为10ns,求输出激光的最大能量和脉冲功率。
5. 试证明，由于自发辐射，原子在E2能级的平均寿命t s=1/A21。
6. 某一分子的能级E4 到三个较低能级E1,E2 和E3 的自发跃迁几率分别是A43=5*107S-1,A42=1*107S-1和A41=3*107S-1,试求该分子能级的自发辐射寿命T。
若T=5*107S-1 , T=6*10-9S,T=1*10-8S在对E4连续激发并达到稳态时，试求相应能级上的粒子数比值n1/n4, n2/n4,n3/n4,并回答这时在哪两个能级间实现了集居数反转。
7. 证明当每个膜内的平均光子数(光子简并度)大于 1 时，辐射光中受激辐射占优势。
8. (1) 一质地均匀的材料对光的吸收系数为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)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。
不得不看的激光原理试题,考试必备精品文档12页
dt
时间内由于自发跃迁引起的由
E2
向
E1
跃迁的原子数。
在单位时间内能级 E2 减少的粒子数为
dn2 dt
dn21 dt
sp
将(1)式带入得
dn2 dt
A21n2
由此式可得
n2 (t) n20e A21t （ n20 为 t 0 时刻高能级具有的粒子数）
所以自发辐射的平均寿命
s
1 n20
2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度、相干面积和相干体积？Page7
答：光的相干性(page7):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(page7)：光沿传播方向通过相干长度 Lc 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。
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 Planck 公式,并说明它的物理意义。Page10 答：黑体辐射(page10)：当黑体处于某一温度 T 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
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
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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：
A21
1 s
(2)受激吸收
过程描述(page12)处于低能态 E1 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 h 的光子并向 E2 能态跃迁，这种过程称为受激吸收跃迁。
哈工大激光原理2008考研试题
A 21=3×102s -1。
激光上下能级的统计权重均为3，腔内只存在一个振荡模，不计光的各种损耗。
（20分）
(1) 说明闪光灯泵浦情况下该激光器的激光形成过程； (2) 请列出完整的速率方程组；
(3) 稳态情况下，如果介质激光上下能级粒子数相等，则W 13应为多少？
四．均匀加宽激光器初始小信号下的反转粒子数密度为2×1014cm -3，中心频率处的发射截
面为10-16cm 2，腔长为50cm ，腔内往返一周的总损耗率为0.1，介质的折射率为1。
（10分）
(1) 计算反转粒子数和阈值反转粒子数的比值Δn/Δn t ； (2) 计算相邻纵模的频率间隔。
五．He －Ne 激光器的波长为632.8nm 上下能级寿命均为20ns ，放电管内气压为200Pa ，原
子量M=20，压力加宽系数α=0.75MHz/Pa 。
（10分） (1) 计算谱线的均匀加宽∆νH ；
(2) 计算温度500K 时谱线的非均匀加宽∆νD 并判断哪种加宽占优势。
六．两个（波长相同并且同轴）高斯光束的共焦参数分别为f ＝1m 和f ’＝2m 。
（15分）
(1) 计算高斯光束的远处发散角比值θ’/θ；
(2) 如果要用一个焦距F ＝1.5m 的凸透镜使两高斯光束匹配，求透镜与两高斯光束的相对位置。
(3) 假设两高斯光束的位置固定，束腰间距离为5m ，为了使其匹
配，
使用的透镜焦距是多少？应置于何处？
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D ν∆；∴非均匀加宽占优势。
激光原理部分习题答案
第二章5）激发态的原子从能级E2跃迁到E1时，释放出m μλ8.0=的光子，试求这两个能级间的能量差。
若能级E1和E2上的原子数分别为N1和N2，试计算室温（T=300K ）时的N2/N1值。
【参考例2-1，例2-2】 解：（1）J hcE E E 206834121098.310510310626.6---⨯=⨯⨯⨯⨯==-=∆λ （2）52320121075.63001038.11098.3exp ---∆-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯-==T k Eb e N N10）激光在0.2m 长的增益物质中往复运动过程中，其强度增加饿了30%。
试求该物质的小信号增益系数0G .假设激光在往复运动中没有损耗。
104.0*)(0)(0m 656.03.1,3.13.014.02*2.0z 0000---=∴===+=====G e e I I me I I G z G ZzG Z ααα即且解：第三章2．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输出损耗:1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ4.分别按图(a)、(b)中的往返顺序，推导旁轴光线往返一周的光学变换矩阵⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛D C B A ，并证明这两种情况下的)(21D A +相等。
（a ）（b ）解： 矩阵乘法的特点：1、只有当乘号左边的矩阵（称为左矩阵）的列数和乘号右边的矩阵（右矩阵）的行数相同时，两个矩阵才能相乘；这条可记为左列=右行才能相乘。
激光原理习题与答案
解： 1
1
q( z) R( z) i 2 ( z)
q0
i
2 0
,q
q0
l
q(0) 0.45i,q(0.3) 0.45i 0.3
q() 0
21．已知一二氧化碳激光谐振腔由曲个凹面 镜构成，R1＝l m，R2＝2m，L＝0.5m。如 何选样南斯束腰斑0的大小和位置才能使它 成为该谐振腔中的自再现光束?
第二章
8．今有一球面腔，Rl＝1.5m，R 2＝—1m，L ＝80cm。试证明该腔为稳定腔；求出它的等 价共焦腔的参数；在图上画出等价共焦腔的具 体位置。
13．某二氧化碳激光器，采用平—凹腔，凹面 镜的R＝2m，胶长L＝1m。试给出它所产生 的高斯光束的腰斑半径0的大小和位置、该 高斯束的f及0的大小。
束腰处R1右0.37mR2左边0.13m。半径为1.28mm
第四章习题解答
第五章习题
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第七章习题
z解1 ： (L
L(R2 L) R1) (L
R2 )
0.37
z2
(L
L(R1 L) R1) (L
R2 )
0.13
f
sqrt(
L(
R1 L)(R2 L)(R1
(L R1) (L R2
R2
)2ຫໍສະໝຸດ L))0.48
0
f 1.28 *103 m
解： g1g2 0.5 z1 0, z2 1, f 1
0
f 1.84 *103m
0 2
3.68 *103 rad f
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哈尔滨工业大学一九九九年研究生考试试题考试科目：半导体物理学报考专业：微电子与固体电子学（半导体材料）一、说明下列概念或名词的物理意义（２０分）１、有效质量２、载流子散时３、状态密度４、陷阱中心５、光电导６、空穴７、直接复合与间接复合８、少子寿命９、热载流子１０、受主杂质与施主杂质二、简述１、用能带论定性地说明导体，半导体和绝缘体的导电性（１０分）２、什么是良好的欧姆接触，实现欧姆接触的基本方法（１０分）３、耿氏振荡的机理（２０）三、已知在ＭＯＳ电容的ＳiO2层中存在着Ｎa正离子和介面固定电荷，请设计一种实验方法测定两种电荷的面密度（库仑／厘米）（２０分）四、有一面积很大的半导体薄片，厚度为w，以稳定光源均匀照射两面，设光只在表面层内产生电子空穴对，在小注入条件下，ΔP(0)= P1 ; ΔP(W)= P2。
问：1．片内非平衡载流子分布仅与时间有关，还是仅与空间位置有关？或与两者都有关？（4分）2．试确定片内非平衡载流子的分布？（16分）一、解释下列名词或概念：（20分）1、准费米能级6、布里渊区2、小注入条件7、本征半导体3、简并半导体8、欧姆接触4、表面势9、平带电压5、表面反型层10、表面复合速度二、分别化出硅、锗和砷化镓的能带结构、并指出各自的特点（20分）三、简述半导体中可能的光吸收过程（20分）四、画出p-n结能带图（零偏、正偏和反偏情况），并简述p-n结势垒区形成的物理过程（20分）五、在一维情况下，以p型非均匀掺杂半导体为例，推出爱因斯坦关系式（20分）一、解释下列名词或概念：（20分）1、准费米能级6、施主与受主杂质2、小注入条件7、本征半导体3、简并半导体8、光电导4、表面势9、深能级杂质5、表面反型层10、表面复合速度二、画出n型半导体MIS结构理想C-V特性曲线，如果绝缘层存在正电荷或者绝缘层-半导体存在界面态将分别对曲线有和影响？（20分）三、简述半导体中可能的光吸收过程（20分）四、画出p-n结能带图（零偏、正偏和反偏情况），并简述p-n结势垒区形成的物理过程（20分）五、在一维情况下，以n型非均匀掺杂半导体为例，推出爱因斯坦关系式（20分）哈尔滨工业大学第 1 页共 2 页二○○二年硕士研究生考试试题考试科目:半导体物理报考专业:微电子学与固体电子学考试科目代码：[ ]考生注意：答案务必写在答题纸上，并标明题号。
激光原理复习题答案考研可参考定稿版
激光原理复习题答案考研可参考HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】激光原理复习题第一章 电磁波1. 麦克斯韦方程中麦克斯韦方程最重要的贡献之一是揭示了电磁场的内在矛盾和运动；不仅电荷和电流可以激发电磁场，而且变化的电场和磁场也可以相互激发。
在方程组中是如何表示这一结果？ 答：（1）麦克斯韦方程组中头两个分别表示电场和磁场的旋度，后两个分别表示电场和磁场的散度；(2) 由方程组中的1式可知,这是由于具有旋度的随时间变化的电场(涡旋电场),它不是由电荷激发的,而是由随时间变化的磁场激发的;(3)由方程组中的2式可知，在真空中，,J =0，则有tE ∂∂=∇ 00B *εμ ；这表明了随时间变化的电场会导致一个随时间变化的磁场；相反一个空间变化的磁场会导致一个随时间变化的电场。
这种交替的不断变换会导致电磁波的产生。
2, 产生电磁波的典型实验是哪个？基于的基本原理是什么？答：产生电磁波的典型实验是赫兹实验。
基于的基本原理：原子可视为一个偶极子，它由一个正电荷和一个负电荷中心组成，偶极矩在平衡位置以高频做周期振荡就会向周围辐射电磁波。
简单地说就是利用了振荡电偶极子产生电磁波。
3 光波是高频电磁波部分，高频电磁波的产生方法和机理与低频电磁波不同。
对于可见光范围的电磁波，它的产生是基于原子辐射方式。
那么由此原理产生的光的特点是什么？答：大量原子辐射产生的光具有方向不同，偏振方向不同，相位随机的光，它们是非相干光。
4激光的产生是基于爱因斯坦关于辐射的一般描述而提出的。
请问爱因斯坦提出了几种辐射，其中那个辐射与激光的产生有关，为什么？答：有三种：自发辐射，受激辐射，受激吸收。
其中受激辐射与激光的产生有关，因为受激辐射发出来的光子与外来光子具有相同的频率，相同的发射方向，相同的偏振态和相同的相位，是相干光。
5光与物质相互作用时，会被介质吸收或放大。
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。
《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 。
激光能激光原理考试卷模拟考试题.docx
《激光原理》考试时间：120分钟 考试总分：100分题号 一 二 三 四 五 总分 分数遵守考场纪律，维护知识尊严，杜绝违纪行为，确保考试结果公正。
1、世界上第一台激光器——红宝石激光器的波长为694.3nm 。
其频率为（）（ ）A.474THzB.300THzC.432THz2、下列说法错误的是（）：（ ）A.微观粒子的坐标和动量不能同时准确测定B.光子的某一运动状态只能定域在一个相格中，但不能确定它在相格内部的对应位置C.微观粒子在相空间对应着一个点3、为了增大光源的空间相干性，下列说法错误的是（）：（ ） A.缩小光源线度 B.采用光学滤波来减小频带宽度C.靠近光源4、相干光强取决于（）：（ ） A.所有光子的数目B.同一模式内光子的数目C.以上说法都不对 姓名：________________ 班级：________________ 学号：________________--------------------密----------------------------------封 ----------------------------------------------线-------------------------5、中国第一台激光器——红宝石激光器于1961年被发明制造出来。
其波长为（）（）A.632.8nmB.694.3nmC.650nm6、光子的某一运动状态只能定域在一个相格中，这说明了（）（）A.光子运动的连续性B.光子运动的不连续性C.以上说法都不对7、谁提出的理论奠定了激光的理论基础（）？（）A.汤斯B.肖洛C.爱因斯坦D.梅曼8、氢原子3p态的简并度为（）？（）A.2B.10C.69、原子最低的能量状态叫（）？（）A.激发态B.基态C.亚稳态10、热平衡状态下粒子数的正常分布为（）：（）A.处于低能级上的粒子数总是等于高能级上的粒子数B.处于低能级上的粒子数总是少于高能级上的粒子数C.处于低能级上的粒子数总是多于高能级上的粒子数11、下列哪个物理量不仅与原子的性质有关，还与场的性质有关（）？（）A.自发跃迁几率B.受激吸收跃迁几率C.受激辐射跃迁爱因斯坦系数12、下列哪个物理量只与原子的性质有关（）？（）A.受激辐射跃迁几率B.自发跃迁几率C.受激吸收跃迁几率13、对热辐射实验现象的研究导致了（）？（）A.德布罗意的物质波假说B.爱因斯坦的光电效应C.普朗克的辐射的量子论14、以下关于黑体辐射正确的说法是（）：（）A.辐射的能量是连续的B.黑体一定是黑色的C.辐射能量以hν为单位15、热平衡状态下各能级粒子数服从（）：（）A.A、高斯分布B.B、玻尔兹曼分布C.C、正弦分布D.D、余弦分布16、以下说法正确的是（）：（）A.受激辐射光和自发辐射光都是相干的B.受激辐射光和自发辐射光都是非相干的C.受激辐射光是非相干的，自发辐射光是相干的D.受激辐射光是相干的，自发辐射光是非相干的17、激光的最初的中文名为“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，1964年按照我国著名科学家钱学森的建议将“光受激发射”改称“激光”。
激光原理部分题答案
激光原理部分题答案(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--07级光信息《激光原理》复习提纲简答题1、 简述自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的联系与区别。
（1）受激辐射过程是一种被迫的、受到外界光辐射控制的过程。
没有外来光子的照射，就不可能发生受激辐射。
(2) 受激辐射所产生的光子与外来激励光子属于同一光子状态，具有相同的位相、传播方向和偏振状态。
(3) 激光来自受激辐射，普通光来自自发辐射。
两种光在本质上相同：既是电磁波，又是粒子流，具有波粒二象性；而 不同之处：自发辐射光没有固定的相位关系，为非相干光， 而激光有完全相同的位相关系，为相干光。
(4) 自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身，而受激辐射的跃迁几率决定于受激辐射系数与外来光单色能量密度的乘积。
（5）受激吸收是与受激辐射相反的过程，它的几率与受激辐射几率一样取决于吸收系数和外来光单色辐射能量密度的乘积。
2、二能级系统有无可能通过光泵浦实现稳态粒子数反转（不能，PPT 上有）在光和原子相互作用达到稳定条件下得到 不满足粒子数反转，所以不能实现。
3、简述均匀增宽和非均匀增宽的区别。
（类型，贡献不同ppt 上有）4、简述光谱线增宽类型，它们之间的联系与区别E 1E 2WW W B B ===2112 2112 即当t n B t n B t n A ννd d d 112221221ρρ=+WA W n n +=2112均匀增宽的共同特点引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的 都是光辐射偏离简谐波引起的谱线加宽非均匀增宽的共同特点原子体系中每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，因而可以区分谱线上某一频率范围是由哪一部分原子发射的。
均匀增宽同非均匀增宽的区别是均匀增宽中每一个原子对谱线宽度内任意频率都有贡献，且贡献相同；而非均匀增宽中每一个原子只对其速度所对应的频率有贡献，即不同速度的原子的作用是不同的。
激光原理部分习题答案
第二章5）激发态的原子从能级E2跃迁到E1时，释放出m μλ8.0=的光子，试求这两个能级间的能量差。
若能级E1和E2上的原子数分别为N1和N2，试计算室温（T=300K ）时的N2/N1值。
【参考例2-1，例2-2】 解：（1）J hcE E E 206834121098.310510310626.6---⨯=⨯⨯⨯⨯==-=∆λ （2）52320121075.63001038.11098.3exp ---∆-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯-==T k Eb e N N10）激光在0.2m 长的增益物质中往复运动过程中，其强度增加饿了30%。
试求该物质的小信号增益系数0G .假设激光在往复运动中没有损耗。
104.0*)(0)(0m 656.03.1,3.13.014.02*2.0z 0000---=∴===+=====G e e I I me I I G z G ZzG Z ααα即且解：第三章2．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输出损耗:1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ4.分别按图(a)、(b)中的往返顺序，推导旁轴光线往返一周的光学变换矩阵⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛D C B A ，并证明这两种情况下的)(21D A +相等。
（a ）（b ）解： 矩阵乘法的特点：1、只有当乘号左边的矩阵（称为左矩阵）的列数和乘号右边的矩阵（右矩阵）的行数相同时，两个矩阵才能相乘；这条可记为左列=右行才能相乘。
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。
激光原理课程考试题—武汉理工必备缩印版
激光原理课程考试题题号一二三四五六七总分复核人得分30 70 100评卷人一、填空题：（30分）1. 通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值高。
3. 红宝石激光器属于 3 能级激光器。
He-Ne激光器属于4 能级激光器。
4. 激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和相干性好。
5. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为阈值增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率相等。
6. 激光器的基本组成部分激活物质、激光谐振腔、泵浦源。
激光产生条件：1.有提供放大作用的增益介质为激光工作物质，其激活粒子有适合于产生受激辐射的能级结构；2.体育外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；3.有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射的能级结构。
其中光学谐振腔的作用为：提高光的方向性、加长光在增益介质中行进的路径以提高光能密度、形成共振产生的模提高相干性（或者填模式选择、提高轴向光波模的反馈）。
7. 调Q技术产生激光脉冲主要有锁模、调Q 两种方法，调Q激光器通常可获得ns 量级短脉冲，锁模有主动锁模和被动锁模两种锁模方式。
8.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。
9.具有合适的能级结构和跃迁特性（或者填亚稳态）的原子结构，才能实现粒子数反转。
10.产生激光的工作物质包括（激活离子）和（基质）。
11.引起谱线增宽的原因主要有三种，即自然展宽、碰撞展宽、多普勒展宽；它们可分为两大类，分别是均匀展宽、非均匀展宽。
12.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。
13.爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是：自发辐射、受激吸收、受激辐射。
14.CO2激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是提高激光上能级的激光效率，氦气的作用的是有助于激光下能级的抽空。
激光原理哈理工真题
激光原理哈理工真题1、4．子弹以速度v从枪口射出，v指瞬时速度．[判断题] *对(正确答案)错2、59．在“人面桃花相映红”这句诗中，用光学知识解释桃花红的原因是（）[单选题]*A．桃花自己能发出红光B．桃花反射红光(正确答案)C．桃花吸收红光D．以上说法都不对3、3．屋檐滴下的水滴下落可视为自由落体运动．[判断题] *对(正确答案)错4、30．如图，我国首款国际水准的大型客机C919在上海浦东机场首飞成功，标志着我国航空事业有了重大突破。
它的机身和机翼均采用了极轻的碳纤维材料。
这种材料的优点是（）[单选题] *A．密度大B．密度小(正确答案)C．熔点低D．硬度小5、一吨棉花的体积会比一吨石头的体积大很多。
下列说法中正确的是（）*A.布朗运动是悬浮在液体中固体分子所做的无规则运动B.叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用(正确答案)C.当液晶中电场强度不同时，液晶对不同颜色光的吸收强度不同(正确答案)D.当两分子间距离大于平衡位置的间距ro时，分子间的距离越大，分子势能越小6、下列说法中正确的是（）*A.水可以浸润玻璃，水银不能浸润玻璃(正确答案)B.热管是利用升华和汽化传递热量的装置C.布朗运动是指在显微镜下直接观察到的液体分子的无规则运动。
D.一般说来物体的温度和体积变化时它的内能都要随之改变(正确答案)7、5．“神舟”七号的返回舱打开降落伞后减速下降时处于平衡状态．[判断题] *对错(正确答案)8、小刚是一名初中生，他从一楼跑到三楼的过程中，克服自己重力所做的功最接近下面哪个值（）[单选题]A．3JB．30JC．300JD．3000J(正确答案)9、4．两个物体只有接触才存在作用力和反作用力．[判断题] *对错(正确答案)10、62．小华学习了《宇宙探秘》后，有下列认识，其中错误的是（）[单选题] * A．恒星看上去似乎不动，其实时刻在运动B．牛顿创立了万有引力理论C．根据银河系的直径大约为8万光年，可知光年是时间单位(正确答案)D．宇宙是一个有层次的天体结构系统，它是有起源的、膨胀的和演化的11、司机驾车时必须系安全带，这是为了防止向前加速时惯性带来的危害[判断题] *对错(正确答案)答案解析：防止刹车时惯性带来的危害12、29．生产和生活中，人们选择材料时会考虑材料的物理性质，下面属于主要从密度的角度考虑选材料的是（）[单选题] *A．用塑料作为插座外壳的材料B．用铝合金作为制作飞机的材料(正确答案)C．用橡胶作为汽车轮胎的材料D．用钨作为白炽灯泡灯丝的材料13、通常情况下，关于一段镍铬合金丝的电阻，下列说法中正确的是（）[单选题]A.合金丝的电阻跟该合金丝的横截面积无关B.合金丝的电阻等于该合金丝两端电压与通过其电流的比值(正确答案)C.合金丝两端的电压越大，合金丝的电阻越大D.通过合金丝的电流越小，合金丝的电阻越大14、沙漠中昼夜温差明显，是因为沙石的比热容较大造成的[判断题] *对错(正确答案)答案解析：沙石的比热容较小15、55．菜市场，有些卖肉的商贩在肉的上方点一盏红灯，发出红光，这些灯“有些特别”，光源内部是由一个个红、白小圆点组成的圆圈。
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阈值n3t≈[ (10) ]cm-3。
5.无源腔损耗描述参数中，光子的平均寿命τR与平均单程损耗因子δ
的关系式为：[ (11) ]，品质因数（Q 值）与光子的平均寿命τR的关系式为：[ (12) ]。
第 2 页共 4 页
6.某高斯光束焦参数为f=1m，将焦距F=1m 的凸透镜置于其腰右方l=2m 处，计算
经透镜变换后的像光束的焦参数f'为[ (13) ]及其腰距透镜的距离l'为[ (14) ]。
7.任意一个共焦球面腔与[ (15) ]个稳定球面腔等价；任一满足稳定性条件的球面腔[
(16) ]等价于某一个共焦腔。
8.选横模的物理基础是：不同横模的[ (17) ]损耗不同，高阶横模比基模损耗[ (18) ]，
以此来抑制高阶横模，而只保留TEM00模。
9.激光工作物质的净增益线宽内包含有(2N+1)个纵模，假设各个纵模振幅均相等为E0，
如果锁模输出，其两个主脉冲（极大值）之间的时间间隔为[ (19) ]，锁模脉冲宽度为[ (20) ]。
二．简要回答下列问题（每题 4 分，共40 分）
1．原子的受激发射概念、受激发射系数和受激发射几率之间的关系式。
2.什么是激光？与荧光光源相比激光有哪些特性？
3.三能级系统的缺点。
4.激光为什么具有很好的单色性？
5.原子谱线非均匀加宽的特点、类型和线型。
6.均匀加宽激光器中模的竞争概念。
7.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。
8.简述激光行波放大器设计中要重点考虑的几个问题。
9.声光调Q 工作原理。
10.什么是饱和吸收稳频。
三．光泵浦的四能级系统的跃迁如图所示。
已知激发速率W14为1×108s-1，能级的平均寿命τ32为0.1μs，无辐射跃迁S21为激发速率第 3 页共 4 页
W14的5 倍，激光上下能级的统计权重相等；激光上能级的粒子数密度是激光下能级的2 倍，腔内只存在一个l 振荡模，考
虑光的损耗。
（20 分）
(1)根据能级图列出完整的速率方程组；
(2)计算受激发射几率W32和受激吸收几率
W23的大小；
(3)各能级总粒子数密度为8×1015cm-3，根据
S43>>W14假设E4能级上粒子数密度为0，计算反转粒子数密度。
四．已知CO2激光器的波长为10.6μm，已知CO2的分子量为44，气体的温度为704K，激光上下能级统计权重相等。
（15 分）
(1)热平衡状态下，激光上能级的粒子数为n3，激光下能级的粒子数为n2，计算
ln ⎛n
3
⎫
值；
n ⎪
⎝ 2 ⎭
(2)计算谱线的非均匀加宽∆νD；
(3)如果自然加宽谱线宽度为2MHz，碰撞加宽谱线宽度为5MHz，试判断该激
光器是否可能采用兰姆凹陷稳频，并说明理由。
五．试推导出近轴光线在对称共焦腔中往返两次的光线传播矩阵，并分析其稳定性（10 分）
六．画图说明什么是虚共焦非稳腔；求出其共轭像点，并说明其自再现波
形特点。
（10 分）第 4 页共 4 页
七．设高斯光束的共焦参数为f，在过束腰且垂直于光束对称轴Oz 的直线上取A、B 两点并使AO＝BO＝f。
证明：若以轴线上任一点P 处的高斯光束的波阵面曲率半径为直径作圆，此圆必定过A、B 两点。
（15 分）。