激光的技术习题
激光技术习题附答案
光电子技术(2 )上篇："激光技术”习题1、在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1/4波片，它的轴向应该如何设置为佳?若旋转1/4波片它所提供的直流偏置有何变化？2、为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z切割的KD*P晶体连接(光路串联，电路并联)成纵向串联式结构。
试问:(1)为了使4块晶体的电光效应逐块舂加，各晶体 x 和 y 轴取向应如何孑⑵若 A = 0.628/血,坯=1.51,/63 =23.6x 10"%/V,计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之.3、试设计一种装置,如何检验出入射光的偏振态(线偏光椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象?如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？4、一铝酸铅(PhMoO,)声光调制器，对He-Ne激光器进行调制。
已知声功率P s =1W,声光互作用长度L = \.8mm，换能器宽度H = 0.8讪,= 36.3X 10川芒• kg"，试求铝酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。
5、在锁模激光器中，工作物质为YAG,2 = 1.06/^/棒尺寸0)4x50〃〃”,腔长L = 0.75//?, fm =选择熔凝石英(n二1.46)作声光介质，声速匕=5.95 X105C/»/5,采用布拉格衍射，驻波形式，设计声光锁模调制器的尺寸, 并求出布拉格角。
6、有一带偏振棱镜的电光调Q YAG激光器，试回答或计算下列问题：(1)画出调Q激光器的结构示意图，并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的相对方向。
⑵怎样调整偏振棱镜的起偏方向和晶体的相对位置才能得到理想的开关效果？(3)计算 1/4 波长电压V2/4(/ = 25mmjt a = n e = 1.05,/63 = 23.6xlO~l7m/V).7、声光调Q为什么运转于行波工作状态，一般只适用于连续激光器的高重复频率运行?加到电声换能器上的高频信号还要用频率为f的脉冲电压进行调制？8、当频率人=40MHz的超声波在熔凝石英声光介质(n二1.54)中建立起超声场(v, = 5.96 x lOS/s)时，试计算波长为2 = 1.06“〃的入射光满足布拉格条件的入射角&。
激光原理与技术习题答案
激光原理与技术习题答案激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、相干性、方向性和亮度。
激光技术是现代物理学的一个分支，广泛应用于通信、医疗、工业加工等多个领域。
为了更好地理解激光原理与技术，我们通常会通过习题来加深理解。
以下是一些激光原理与技术的习题答案，供参考。
习题1：解释激光的产生机制。
激光的产生基于受激辐射原理。
当原子或分子被外部能量激发到高能级后，它们会自发地返回到较低的能级，并在此过程中释放出光子。
如果这些光子能够被其他处于激发态的原子或分子吸收，就会引发更多的受激辐射，形成正反馈机制，最终产生相干的光束，即激光。
习题2：描述激光的三个主要特性。
激光的三个主要特性是：1. 单色性：激光的波长非常窄，频率非常一致，这使得激光具有非常纯净的光谱特性。
2. 相干性：激光束中的光波在空间和时间上具有高度的一致性，使得激光束能够保持稳定的光强和方向。
3. 方向性：激光束的发散角非常小，几乎可以看作是平行光束，这使得激光能够聚焦到非常小的点上。
习题3：解释激光在通信中的应用。
激光在通信中的应用主要体现在光纤通信。
光纤通信利用激光的高亮度和方向性，通过光纤传输信息。
光纤是一种透明的玻璃或塑料制成的细长管，激光在其中传播时损耗非常小，可以实现长距离、大容量的信息传输。
激光通信具有抗干扰性强、传输速度快等优点。
习题4：讨论激光在医疗领域的应用。
激光在医疗领域的应用非常广泛，包括激光手术、激光治疗和激光诊断等。
激光手术可以用于精确切除病变组织，减少手术创伤；激光治疗可以用于治疗皮肤病、疼痛管理等；激光诊断则可以用于无创检测和成像，提高诊断的准确性。
习题5：解释激光冷却的原理。
激光冷却是利用激光与原子或分子相互作用，将它们冷却到接近绝对零度的过程。
当激光的频率略低于原子或分子的自然频率时，原子或分子吸收光子后会向激光传播的反方向运动，从而损失动能。
这个过程被称为多普勒冷却。
通过这种方法，可以实现对原子或分子的精确控制和测量。
激光原理与技术习题
1.3如果微波激射器和激光器分别在λ＝10μm ，＝5×10－1μm 输出1W 连续功率，试问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？解：若输出功率为P ，单位时间从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则：由此可得： 其中346.62610J s h-=⨯⋅为普朗克常数，8310m/s c =⨯为真空中光速。
所以，将已知数据代入可得：=10μm λ时：19-1=510s n ⨯ =500nm λ时：18-1=2.510s n ⨯=3000MHz ν时： 23-1=510s n ⨯1.4设一光子的波长＝5×10－1μm ，单色性λλ∆＝10－7，试求光子位置的不确定量x ∆。
若光子的波长变为5×10－4μm （x 射线）和5×10－18μm （γ射线），则相应的x ∆又是多少mm x m m m x m m m x m h x hx h h μμλμμλμλλμλλλλλλλλλλ111718634621221051051051051051051055/105////0/------⨯=⨯=∆⇒⨯=⨯=⨯=∆⇒⨯=⨯==∆=∆⇒⨯=∆=∆P ≥∆≥∆P ∆∆=P∆=∆P =∆P +P∆=P1.7如果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105S －1，试问：（1）该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10是多少？（2）为使受激跃迁几率比自发跃迁几率大三倍，腔的单色能量密度ρ应为多少？cP nh nh νλ==P P n h hcλν==1.8如果受激辐射爱因斯坦系数B10＝1019m3s－3w－1，试计算在（1）λ＝6 m（红外光）；（2）λ＝600nm（可见光）；（3）λ＝60nm（远紫外光）；（4）λ＝0.60nm（x射线），自发辐射跃迁几率A10和自发辐射寿命。
又如果光强I＝10W/mm2，试求受激跃迁几率W10。
2.1证明，如习题图2.1所示，当光线从折射率η1的介质，向折射率为η2的介质折射时，在曲率半径为R的球面分界面上，折射光线所经受的变换矩阵为其中，当球面相对于入射光线凹（凸）面时，R取正（负）值。
激光原理与技术习题一
《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)/ex p(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 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。
高等激光技术复习题
《高等激光技术》习题与思考题1、简述一台激光器的主要组成部分及其作用。
答：一台激光器的有三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。
工作物质的作用是提供放大作用（增益介质），提供适合的能级结构，以达到粒子数反转。
谐振腔一般是在工作物质两端适当的放置两个反射镜组成。
它的作用是提供正反馈，使受激辐射能多次通过介质得到放大，最后在腔内形成自激振荡；另一个作用是控制腔内振荡光束的特性，以获得单色性好、方向性好的强相干光。
激励能源的作用是提供能源，将工作物质基态原子(离子)泵浦到激发态，最后形成布居数反转。
2、推导出一束来自于热光源的光束的光子简并度和单色亮度之间的关系。
解：设光源辐射的光为准平行、准单色光，光束截面为S ∆，立体角为∆Ω，频宽为ν∆，平均光功率为P ，则在t ∆时间间隔内通过S ∆截面的光子总数为：νh tP n ∆⋅= 在频率ν到νν∆+间隔内的光子分布在∆Ω立体角范围内的光子状态数或模式数为∆Ω⋅∆⋅=⋅∆Ω=∆ΩV cg g 3224ννπ 在t ∆时间内，光束垂直于S ∆截面传播时，光束所占据的空间范围为 c t S V ⋅∆⋅∆=代入上式可得t S g ∆⋅∆⋅∆⋅∆Ω⋅=∆Ωνλ22由此可求出，一种光子量子状态或模式，所具有的平均光子数即光子简并度为νλνδ∆⋅∆⋅∆Ω⋅==∆Ω-S h P g n )/2(2 在光度学里，通过单位截面、单位频宽和单位立体角的光功率为光辐射的单色定向亮度∆Ω⋅∆⋅∆=ννS PB 则光子简并度与单色亮度之间的关系为νλδνh B ⋅=-223、若一工作物质的折射率为n ＝1.73，试问ν为多大时，32121/1/m S J B A ⋅=？解：由公式332121)/(8n c h B A νπ=得：Hz B A h n c 1831348312121108.61063.614.38173.1100.381⨯=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⋅⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅=-πν 4、解：爱因斯坦系数关系338c h B A νπ⋅=黑体辐射普朗克公式1)/ex p(18),(33-⋅⋅=KT h c h T ννπνρ 平均分配在某个状态K 的受激发射几率W K 与该状态的自发辐射几率A K 之比为K K K N KT h A B A W =-=⋅=1)/ex p(1νρ N K 为状态K 上的平均光子数。
激光特性与应用练习题
激光特性与应用练习题一、选择题1、以下关于激光的特点，错误的是（）A 相干性好B 方向性强C 单色性差D 能量集中2、激光在医学领域的应用不包括（）A 激光美容B 激光手术C 激光诊断D 激光制药3、激光通信的优点是（）A 传输距离短B 保密性差C 容量大D 易受干扰4、下列哪种材料不适合用激光切割（）A 金属B 塑料C 木材D 玻璃5、激光武器的主要特点是（）A 威力小B 精度低C 速度慢D 反应迅速二、填空题1、激光的英文名称是“＿____”，它是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写。
2、激光的产生需要具备三个条件：＿____、＿____和光学谐振腔。
3、按照工作物质的不同，激光器可分为气体激光器、＿____、＿____和半导体激光器等。
4、激光加工技术包括激光切割、＿____、＿____和激光表面处理等。
5、激光测距的原理是利用激光的_____特性。
三、简答题1、简述激光的相干性及其应用。
激光的相干性指的是激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特性。
由于激光的相干性好，所以在很多领域都有重要应用。
比如在光学测量中，利用激光的相干性可以进行高精度的长度测量、干涉测量等。
在通信领域，相干光通信能够提高通信容量和传输距离。
在全息摄影中，激光的相干性是实现全息图像记录和再现的关键。
2、阐述激光在工业生产中的应用，并举例说明。
激光在工业生产中的应用非常广泛。
其中，激光切割是一种常见的应用，它能够对各种金属和非金属材料进行高精度、高速度的切割，例如在汽车制造中，可以用激光切割汽车零部件的板材。
激光焊接则能够实现高质量的焊接，常用于电子、机械等行业，比如手机内部的电子元件焊接。
激光打标可以在产品表面打上永久性的标记，如在电子产品外壳上标记品牌和型号。
此外，激光表面处理能够改善材料的表面性能，如提高金属的硬度和耐磨性。
激光原理与技术习题解答
1 x θ = − 2 R 1
0 1 1 L 2 1 0 1 − R2
x θ = M
0 1 L2 1 0 1 L1 x1 1 0 1 0 1 0 1 θ1
1.2 （1）一质地均匀的材料对光的吸收为 ）一质地均匀的材料对光的吸收为0.01 mm-1，光通过长 光通过长10cm的材料后，出射光强为入射 的材料后， 的材料后 光强的百分之几？（ ？（2）一光束通过长度为1m的 光强的百分之几？（ ）一光束通过长度为 的 均匀激活的工作物质， 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？ 的两倍，试求该物质的增益系数？ 解：（1） ：（ ）
M = 2 g1 g 2 + 2 g1 g 2 ( g1 g 2 − 1) − 1 = 3.472
m1 = m2 = m
δ1→2
M = m 2 = 3.472
1 = δ 2→1 = 1 − = 71.2% M
1 = 91.7% 2 M
δ 往返 = 1 −
2.35 考虑一虚共焦非稳定腔，工作波长 考虑一虚共焦非稳定腔，工作波长λ= 1.06µm，腔长 ，腔长L=0.3m，等效菲涅耳数 eq=0.5， ，等效菲涅耳数N ， 往返损耗率δ= 往返损耗率 0.5，试求单端输出时，镜M1和M2 ，试求单端输出时， 的半径和曲率半径。 的半径和曲率半径。 解：
1 δ = 1 − 2 = 0.5 M
2 M −1 a N eq = 2 Lλ
M= 2
a为输出端半径 为输出端半径
a=
2 N eq Lλ M −1
= 8.74 × 10−4 m
《激光原理及技术》1-4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*63.6126834≈====------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。
激光技术练习题
激光技术练习题激光技术是一项广泛应用于科学、医疗、通信等领域的先进技术。
通过对激光相关知识的学习和实践，可以提高我们对激光技术的了解和运用能力。
下面是一些激光技术的练习题，帮助我们加深对该领域的理解。
通过解答这些问题，我们能够更好地掌握激光技术的原理和应用。
练习题一：激光的基本特性1. 请简要解释激光的产生原理，并列举一种发生器件。
2. 激光和常规光有何区别？你能否解释激光为什么具有高方向性和高单色性？3. 什么是激光的相干性？如何衡量激光的相干性？练习题二：激光在科学领域的应用1. 请列举几个基于激光技术的实验室设备，并简要描述其原理和应用。
2. 什么是激光干涉测量技术？举例说明该技术在科学研究或工程中的应用。
3. 请解释激光在光谱分析中的作用。
举一个实际应用中使用激光进行光谱分析的例子。
练习题三：激光在医疗领域的应用1. 激光在激光手术中的应用有哪些？举例说明其中一种手术及其原理。
2. 什么是激光治疗？请简要描述激光治疗在皮肤疾病治疗中的应用。
3. 激光在眼科手术中的应用有哪些？请举例说明其中一种手术及其原理。
练习题四：激光在通信领域的应用1. 请解释激光在光纤通信中的作用。
激光光源如何应用于光纤通信系统中？2. 激光雷达是如何工作的？请简要描述激光雷达在车辆自动驾驶中的应用。
3. 激光打印技术是如何实现的？简要介绍激光打印技术的原理和应用。
以上是激光技术练习题的内容，通过解答这些问题，我们可以不断加深对激光技术的理解，并掌握其在科学、医疗、通信等领域中的应用。
激光技术的不断发展和创新为我们的生活带来了诸多变化和便利，因此对激光技术的学习是非常有意义的。
希望通过这些练习题的学习，你可以对激光技术有更深入的认识，并能够将其应用于实际问题的解决中。
激光原理第七版重要习题精选全文
L
p
1
l
1 p
1
naQaa
16KT
1 ma
1 p
1
7.24 1022
p T Qaa
16KT 1 1
ma p
7.24 1022 1018 16 1.381023 300
3.14 300
3.14 44 1.66 1027
41KHz / pa
（3）当 L D 时，其气压为
p
D
53106 41103
L)
0.25
R1
R2
f 0.5
等价共焦腔
0
-1.3
-0.5
0.5
z1
z2
L=0.8
f=0.5
12.在所有a2/Lλ相同而R不同的对称稳定球面腔中，共焦腔的衍射损耗最低。这里L表示 腔长，R＝R1＝R2为对称球面腔反射镜的曲率半径，a为镜的横向线度。
证明：对于共焦腔有： R＝R1＝R2，所以g1=g2=g=0
1.29KPa
所以，当气压小于1.29KPa 的时候以多普勒加宽为主
当气压高于 1.29KPa 的时候，变为以均匀加宽为主。
6.解：(1) 在现在的情况下有
dn2 (t) ( n2 n2 )
dt
s nr
可以解得：
( 1 1 )t
n2 (t) n2 (0)e s nr
可以看出，t时刻单位时间内由于自发辐射而减小的能级之上的粒子数密度为
2
,
I1
)
1 2
gH ( 0 ,
I1
)
可得 ：
IS
H
1 I1 Is
16.有频率为 1， 2 的两强光入射，试求均匀加宽 情况下：
激光加工技术总习题
激光加工技术－总复习题1. 1960年，美国的梅曼Theodore Maiman他成功地应用人工合成的淡红色宝石晶体制造出世界上第一台激光器，1960年8月, 王之江等成功研制成中国第一台激光器(小球照明红宝石)2. 激光唱机的动听乐曲不断回荡在楼宇之间；激光影碟机悄然走进了千家万户；商场里商品贴的是激光防伪标志；激光打印机，激光照排则包揽了所有的报刊杂志。
我们远隔千里就可以同亲人朋友通话，激光的功劳，因为光纤传送的正是激光。
激光雕刻细致入微，精确无比，可在钢板、水晶等高强度材料上雕刻，广泛应用于工业打标、激光成型、礼品标牌。
激光保鲜、激光育种、激光医疗、激光美容3. 激光加工作为一种全新的加工方法，以其加工精确、快捷、操作简单、自动化程度高等优点，在皮革、纺织服装行业内逐渐得到广泛的应用。
4. 干涉测量技术是以光的干涉现象为基础进行测量的一门技术。
干涉测量是一种非接触测量，具有很高的测量灵敏度和精度。
5. 自发辐射与受激辐射的区别？原子从高能态自发地跃迁到低能态而发光的过程称之为自发辐射，也叫漫辐射。
自发辐射所发出的光称为荧光，电灯、日光灯、汞灯等平时所见的普通光源，都是由自发辐射跃迁而产生的。
前后发光间隔，频率,相位,振动方向,传播方向互相独立，各不相同。
如果处于高能级的原子受到外来光子诱发，原子就会从高能态跃迁到低能态，并发射出一个与入射光子完全相同的光子，即它的频率、相位、传播方向、偏振方向都与入射光子相同，这个过程称为受激辐射，6物质中处于高能级的粒子数远远大于处于低能级的粒子数。
物质的这种状态称为粒子数反转。
7. 两个基本条件：一是粒子处于高能级的寿命要长。
二是要对粒子进行能量激发，使大量处于低能级的粒子转移到高能级上去，这个过程叫激励，或称泵浦。
8. 固体激光器和气体激光器的激励方法方法各是什么？对固体工作物质（掺铬刚玉、掺钕玻璃、掺钕钇铝石榴石等）采用强光照射，称为光激励或光泵浦；对气体工作物质（氦-氖、二氧化碳等）采用高压放电的方法，称为电激励。
长春理工大学激光技术习题.ppt
望？
第1章 激光调制与偏转技术
1.1 调制的基本概念
1.1.1 振幅调制 1.1.2 频率调制和相位调制
1.2 电光调制
1.2.1 电光1调.1.制3 强的度物调理制基础
1.3 声光调制
1.2.2 1.3.1
电声光光1强调.1.度制4 脉调的冲制物调理制基础
1.2.3 1.3.2
电声光光1相互.1.位作5 脉调用冲制的编两码种调类制型
一个声光调Q器件(L=50mm,H=5mm)是用熔融石英材料 做成的，用于连续YAG激光器调Q。已知声光器件的电 声转换效率为40%,求(1) 声光器件的驱动功率Ps应为多大？ (2) 声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率应为多 少？
设计声光Q开关需要考虑哪些因素？
答案：
sinB
2ns
2nvs
11106
1064 2 632.8
37.4W
Ps
1 2
H L
1 M2
2
若声光器件的电声转换效率为40%， 则所需声光器件的驱动功率为(实际上为所需加的电功率)：
37.4 93.5W 0.4
声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率的大小 应该由判据来定，即L 2L0。而L0=λs2/λ=vs2/(fs2λ)
激光技术 习题
长春理工大学 电子科学与技术系
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光原理与技术实验YAG 多功能激光实验系统光路图实验内容一、固体激光器的安装调试1、安装激光器。
2、调整激光器，使输出脉冲达最强二、激光参数测量1、测量自由振荡情况下激光器的阈值电压。
2、测量脉冲能量和转换效率。
3、测量光束发散角。
三、电光调Q 实验研究1、调整Q 开关方位，寻找V λ/4 。
2、确定延迟时间。
3、测试动静比。
四、倍频实验1、测量倍频光能量与入射角的关系。
2、倍频效率的测量。
五、激光放大实验1、放大器放大倍率测量。
2、放大器增益测量3、最佳时间匹配测量。
M 1脉冲氙灯 脉冲氙灯第一章 习题1、请解释（1）、激光Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation辐射的受激发射光放大（2）、谐振腔在工作物质两端各放上一块反射镜，两反射镜面要调到严格平行，并且与晶体棒轴垂直。
这两块反射镜就构成谐振腔。
谐振腔的一块反射镜是全反射镜，另一块则是部分反射镜。
激光就是从部分反射镜输出的。
谐振腔的作用一是提供光学正反馈，二是对振荡光束起到控制作用。
（3）、相干长度从同一光源分割的两束光发生干涉所允许的最大光程差，称为光源的相干长度，用∆Smax 表示，相干长度和谱线宽度有如下关系：∆Smax = λ2 / ∆ λ光源的谱线宽度越窄，相干性越好。
2、激光器有哪几部分组成？一般激光器都具备三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。
3、激光器的运转方式有哪两种？按运转方式可分为： 脉冲、连续 ，脉冲分单脉冲和重复脉冲。
4、为使氦氖激光器的相干长度达到1km ，它的单色性∆λ/λ应为多少？109max 10328.61016328.0-⨯=⨯==∆mm S μμλλλ第二章 习题1、请解释（1）、受激辐射高能态E 2 的粒子受到能量 h ν = E 2 - E 1 光子的刺激辐射一个与入射光子一模一样的光子而跃迁到低能级 E 1 的过程称受激辐射.（2）高斯光束由凹面镜所构成的稳定谐振腔中产生的激光束即不是均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高斯光束，沿 Z 方向传播的高斯光束的电矢量表达式为：)]())(2(exp[])()(exp[)(),,(222220z i z z R y x ik z y x z A z y x E ϕωω+++-∙+-= 高斯光束是从z<0处沿z 方向传播的会聚球面波,当它到达z=0处变成一个平面波,继续传播又变成一个发散的球面波.球面波曲率半径R(z)>z,且随z 而变.光束各处截面上的光强分布均为高斯分布.（3）、增益饱和受激辐射的强弱与反转粒子数 ∆N 有关，即增益系数G ∝ ∆N ，光强 I ∝ ∆N 。
∆N 大， G 大，由于受激辐射增强， ∆N 减少，因而G 也随之减小，但还是有增益的，受激辐射仍然增强，这种增益系数随光强增加而减小的现象称增益饱和。
（4）、横模谐振腔中横向不同的稳态光场分布称为不同的横模，用TEM m n 标记，m, n 为横模序数. m, n=0时为基横模，其它模为高阶横模 。
（5）、均匀增宽每个粒子对加宽谱线范围内的任一频率都有贡献，因而这种光谱线的加宽称为均匀加宽。
如光谱线的自然加宽和碰撞增宽。
（6）、阈值条件阈值条件就是光在增益介质中来回一次的增益大于或等于损耗, 即:1)(221≥-L G e r r 内α或 G(ν) ≥ α内 - ( 1 / 2L) L n ( r 1 r 2 )2、试计算连续功率均为1w 的两光源，分别发射λ=0.5000μm,ν=3000G Hz 的光,每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少?解：（1） 1814341052.210310626.65000.0⨯≈⨯⨯⨯==-νh I n(2) 2012341003.510310626.61⨯≈⨯⨯⨯==-νh I n3、一光源发射λ=0.6000μm 波长时，如果（I 激/I 自）= 1/20000，求此时单色辐射能量密度ρν等于多少？由 118)(/33-∙=kT h e c h ννπνρ 11/-=kT h e I I ν自激 得 31833/1086.38)(m s j I I ch ∙⨯≈∙=-自激νπνρ4、设氖原子静止时发光中心频率为ν0= 4.74⨯ 1014 HZ ，室温下氖原子的平均速率设为560m/s 。
求此时接收器接收频率与中心频率相差若干？由 )1(0cυνν±= 得 Hz c801085.8⨯≈±=∆νυν5、稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R 1=40cm ，R 2=100cm ，求腔长L 的取值范围。
解：用作图法可解得 0<L ≤40(cm)及100≤L ≤140(cm)6、腔长为0.5m 的氩离子激光器，发射中心频率ν0= 5.85⨯ 1014 HZ 荧光线宽∆ν=6 ⨯ 108 HZ ，问它可能存在几个纵模？相应的q 值为多少？（设n=1） 解：纵模间隔为Hz nLc q 81032⨯==∆ν 纵模数为： 31=+∆∆=qN νν 相应的q 值为： 601095.12⨯=∙=c nL q ν第三章习题1、写出气体放电时，粒子间两类非弹性碰撞的反应式，并解释之。
第一类碰撞是指高能电子与基态原子碰撞，通过碰撞电子与原子部分交换能量，使原子激发。
该过程可用下列反应表达：e1+A(E1)→A*(E2)+e2与第一类碰撞相反，第二类碰撞是指处于激发态的受激粒子与另一未被受激的粒子（包括器壁）碰撞而交换能量的过程。
该过程用下列反应式表示：A*+B→B*+A+△E该过程也称其为能量共振转移。
只有△E很小，与热运动能量相近时，上述过程才发生。
2、抑制氦氖激光器3.39μm谱线的方法有哪几种？请简单介绍各种方法的原理。
解：抑制氦氖激光器3.39μm谱线的方法有色散法，吸收法和加不均匀磁场法。
色散法是在腔内插入一块棱镜使不同波长的光色散，而只使0.6328μm的光在腔内往返，将3.39μm的光逸出腔外。
吸收法是在腔内加入对3.39μm有吸收作用而对6328Å透照的元件。
例如在1米长的外腔式激光器的窗片和反射镜之间放一个5cm长的吸收盒，内充一个大气压的甲烷气体。
加不均匀磁场的目的是为了增大3.39μm的线宽，而减小它的增益。
方法是沿着放电管放一排小陶瓷体磁铁，每相邻磁铁的极性相同。
这样排列在放电管的轴线上便可产生一不均匀的磁场，在轴向磁场的作用下谱线分裂，由于磁场的不均匀造成了谱线的增宽，由于谱线的增宽使增益下降，3.39μm由于△V窄，故受磁场影响大，因而得到抑制。
3、氦氖激光器结构形式有哪几种？内腔式、外腔式和半内腔式。
4、固体激光脉冲输出特点是什么？请解释尖峰脉冲形成的原因。
自有振荡激光器的发射特点是：1、发射时间长,峰值功率低2、能量转换效率低尖峰脉冲形成的原因是脉冲氙灯开始闪光后约0.5ms开始发出激光，一经发光就迅速消耗掉上能级的粒子数，使△N降到阈值之下。
这样激光发射大约维持1µm被迫停止。
由于闪光灯继续抽运，上能级粒子数迅速积累，△N大于阈值后，又再次发射一个激光脉冲，如此继续。
所以在氙灯1ms的闪光时间内，输出一系列小的激光尖峰脉冲，每个尖峰脉冲的持续时间约1µs。
5、请写出二氧化碳激光器上能级粒子数的积累过程。
气体放电时，电子获得较高的平均动能，与基态CO2分子和基态N2分子发生第一类非弹性碰撞：e1＋CO2(000) →e2＋CO*2(001)e1＋N2 →e2＋N*2（1）N*2（1）与基态CO2发生第二类非弹性碰撞。
N*2（1）+CO2（000）→ CO2（001）+N2（0）上述过程是激光上能级积累粒子数的过程。
6、氩离子激光器的主要输出波长各为哪两条？0.5145μm , 0.4880μm .7、半导体激光器实现粒子数反转的条件是什么？实现粒子数反转的条件：1、必须使费米能级进入导带和价带，这需要高掺杂。
2、另外要在P-N结上加上足够的正向电压v’，使ev’＝E－F－E+F>E g, P-N结这个作用区很小，厚度为μm量级。
当E g<hv<E-F-E+F的光入射时产生受激放大。
第四章 激光技术1、腔长30cm 的氦氖激光器，荧光线宽1500MHz ，可能出现三个纵模。
用三反镜法选单纵模，问短耦合腔腔长（ L 2+L 3）应为若干？)(2150032L L n cMHz +=cm L L 1032=+2、饱和吸收法稳频较兰姆凹陷法的优点有哪些？饱和吸收法稳频，由于反转兰姆凹陷的宽度比兰姆凹陷的宽度窄，所以其中心频率两侧曲线的斜率就比兰姆凹陷曲线的斜率大，这样就可以减小搜索讯号的幅度以提高频率的稳定性。
同时还由于吸收线中心频率极为稳定，所以使饱和吸收法获得了很高的长期稳定度和复现度。
3、简述电光调Q 原理。
（图略）电光调Q 是利用某些晶体的电光效应来作为Q 开关的元件。
由电光效应知，当晶体加 λ/4 电压后，由感应双折射，沿 x 方向振动的线偏振光进入晶体后将变为沿 x'及沿 y'方向振动的二个线偏振光，通过晶体后成为圆偏振光，再经反射镜反射，该圆偏振光再次通过晶体则位相再次增加 π/2，圆偏振光又成为一线偏振光。
不过它的振动方向为 y 方向，与原入射光振动方向垂直。
也就是说，加了λ/4 电压后，往返通过晶体的线偏振光，振动方向相对改变90︒角。
对于未加电压的晶体来说，往返光的振动方向不变。
利用这一点可以制成Q 开关。
由于激光器发出的激光无偏振性，它通过偏振片后成为沿x 方向振动的线偏振光。
往返通过加λ/4 电压的KD*P 晶体，则返回光沿 y 方向振动将被偏振片吸收。
此时腔的Q 值很低，由于外界激励能源的作用，可使介质中能级的粒子数迅速增加，当其能级粒子数积累到足够数量的某个时刻突然撤去KD*P 上的电压，则由YAG 输出的激光经偏振片后能自由往返于激光腔中，不改变振动方向。
损耗小，因此腔的Q 值很高，从而输出一个巨脉冲。
第五章 习题1、计算腔长为1m 的共焦腔基横模的远场发散角，设波长为6328Å，10Km 处光斑面积多大？共焦腔束腰： mm L 32.020≈=πλω 远场发散角： 103.60⨯≈=πωλθ-4弧度 10Km 处光斑半径： m z 3.6)(12200≈+=πωλωω 光斑面积：S=πr 2 ≈ 125m 22、一高斯光束腰粗ω0 =0.2mm ，λ=0.6328μm 今用一焦距3cm 的短焦距透镜聚焦，已知腰粗ω0离透镜的距离为60cm ，求聚焦后光束腰粗。
入射光在透镜处的光斑半径:mm z 64.0)(12200≈+=πωλωω 聚焦后束腰半径： mm f 01.00≈='πωλω3、如图，二透镜焦距分别为f 1=2.5cm ，f 2=20cm ， ω0=0.28mm ，z 1>>f 1（入射透镜紧靠共焦腔输出镜面），求该望远镜系统光束发散角的压缩比。