激光原理与技术期末考试A卷答案

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……
电子科技大学2010 -2011 学年第 2 学期期 末 考试 A 卷
一. 选择题（单选）（共20分，共10题，每题2分)
1. 下列表达式哪一个不是激光振荡正反馈条件： D 。

A. q kL π22=
B. q L
C
q 2=ν C. q L q 2λ= D. q kL π=2
2. 下列条件哪一个是激光振荡充分必要条件： A 。

（δφ为往返相移） A. l
r r G q )
ln(,2210-
≥-=απδφ B. 0,2≥∆-=n q πδφ
C. 0,20≥∆-=n q πδφ
D. 0,20≥-=G q πδφ 3. 下列腔型中，肯定为稳定腔的是 C 。

A. 凹凸腔 B. 平凹腔 C. 对称共焦腔 D. 共心腔
4. 下面物理量哪一个与激光器阈值参数无关， D 。

A. 单程损耗因子 B. 腔内光子平均寿命 C. Q 值与无源线宽 D. 小信号增益系数
5. 一般球面稳定腔与对称共焦腔等价，是指它们具有： A 。

A.相同横模 B.相同纵模 C.相同损耗 D . 相同谐振频率
6. 下列公式哪一个可用于高斯光束薄透镜成像 A 其中if z q +=，R 为等相位面曲率半径，L 为光腰距离透镜距离。

A ．
F q q 11121=-；B. F R R 11121=-；C. F L L 11121=-；D.F
L L 11121=+
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7. 关于自发辐射和受激辐射，下列表述哪一个是正确的？ C 。

A. 相同两能级之间跃迁，自发辐射跃迁几率为零，受激辐射跃迁几率不一定为零；
B. 自发辐射是随机的，其跃迁速率与受激辐射跃迁速率无关；
C. 爱因斯坦关系式表明受激辐射跃迁速率与自发辐射跃迁速度率成正比；
D. 自发辐射光相干性好。

8.入射光作用下， C
A. 均匀加宽只有部份原子受激辐射或受激吸收；
B. 非均匀加宽全部原子受激辐射或受激吸收；
C. 均匀加宽原子全部以相同几率受激辐射或受激吸收 ；
D. 非均匀加宽全部原子以相同几率受激辐射或受激吸收。

9. 饱和光强 C
A ．与入射光强有光 B. 与泵浦有关； C. 由原子的最大跃迁截面和能级寿命决定； D. 与反转集居数密度有关。

10. 下列条件哪一个是激光器稳定振荡条件？ A A.t v G I v G =),(；B. t G v v G =),(00；C.t G v v G ≥),(00；D.t v G I v G ≥),(
. 填空题（共20分，共20空，每空1分)
1. 电光效应是指在外加电场的作用下，晶体的 折射率椭球 发生变形，使沿特定方向传播的线偏振光 折射率 发生相应变化。

2. KDP 晶体沿纵向加电压，折射率椭球感应主轴旋转了 45度，如果所加的电
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压为“半波电压”，则线偏振光偏振方向将旋转90度。

3. 横向电光调制中，存在自然双折射影响。

4. 拉曼-纳斯声光衍射产生多级衍射光，布拉格衍射只产生一级衍射光。

5. 布拉格衍射可用于声光移频和光束扫描；当进行光束扫描时，通过改变超声波的 频率 来实现偏转。

声光调制通过改变超声波的 功率 来实现。

6. 调Q 就是调制激光器 损耗，当反转集居数密度较低时，Q 值很低，激光器不能振荡；当反转集居数密度 最大 时，突然增加Q 值，激光器迅速振荡，形成最大功率的巨脉冲。

7.电光调Q 脉冲能量比较高，但重复频率 低；声光调Q 脉冲能量比较低，但重复频率比较 高。

8. 锁模激光器输出周期为
C
L
2的脉冲串，脉冲峰值功率正比于模式数目的平方。

9.有效光学倍频、光学参量振荡等二阶非线性必须满足相位匹配条件。

10.倍频和光学参量振荡基于二阶非线性极化，光学相位共轭基于三阶非线性极化。

10分） 1.给出一至二个光子概念实验例子（3分）
黑体辐射、光电效应、康普顿散射。

2.带偏振器的电光调Q 激光器中在电光晶体上加4/λ电压，为什么不是2/λ电压？（3分）
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往返通过。

3. 倍频对晶体对称性有怎样的要求？（4分）
对称性差。

四. 简述题 (共30分)
1. 简述受激辐射和自发辐射的区别与联系（6分）
受激辐射是原子在外界入射光扰动下原子从高能级向低能级跃迁产生的辐射，自发
辐射是原子不受外界入射光扰动下从高能级向低能级跃迁所产生的辐射。

（2分）
受激辐射的光频率、传播方向、偏振方向与入射光完全相同，自发辐射光传播方向、偏振方向是随机的，光频率谱线加宽范围内均匀分布。

（2分）
分配在一个模式中自发辐射跃迁速率等于相同模式内一个光子扰动所产生的受激辐射速率。

（2分）
2. 简述非均匀加宽工作物质“烧孔”现象（6分）
频率为1ν的光入射到非均匀加宽工作物质，只有表观中心频率1'
v =ν附近的原子与光有有效相互作用；表观中心频率远离光频率1v 的原子没有有效相互作用。

（3分）
因此在表观中心频率1'
v =ν附近，由于饱和效应反转集居数密度下降；在表观中心频率远离光频1v ，反转集居数密度不变。

所以在1'
v =ν附近，增益系数下降，其它频率处增益系数仍为小信号增益，形成一凹陷，称为“烧孔”。

（3分）
3. 简述兰姆凹陷成因（6分）
气体多普勒加宽激光器，腔内相反方向传播的两束激光，当激光频率不等于原子中
心频率时，两束激光与不同表观中心频率原子相互作用，有两部分原子对激光增益有贡献；
当激光频率等于原子中心频率时，两束激光与都与中心频率原子相互作用，只有一部分原子对激光的增益有贡献。

（3分）
所以当激光频率不等于原子中心频率，但离中心频率不远时，两部分原子对激光的贡献比一部分原子贡献大，因此在激光频率等于原子中心频率出，激光器输出功率比激光频率
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在中心频率附近低。

这个现象称为兰姆凹陷。

（3分）
4. 画出电光强度调制器原理图（4分）
5．简述电光调制原理（8分）
电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间，其中起偏器1P 的偏振方向平行于电光晶体的x 轴，检偏器2P 的偏振方向平行于y 轴，当沿晶体z 轴方向加电场后，它们将旋转0
45变
为感应主轴'
x ，'
y 。

因此，沿z 轴入射的光束经起偏器变为平行于x 轴的线偏振光，进入晶体后(0=z )被分解为沿'
x 和'
y 方向的两个分量。

（3分）
当光通过长度为L 的晶体后，由于电光效应，'
x E
和
'
y E 二分量间就产生了一个相位差。

成为椭圆偏振光，再经过检偏正器P2时，只有平行于y 轴的光能通过。

（3分） 1/4波片的作用是将工作点置于斜率最大处。

五.计算证明题 (每题10分，共20分)
1．证明：采用传输矩阵证明任意高斯光束在对称共焦腔中均可自再现。

（5分）
对称共焦腔往返传播矩阵 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1001T （2分）
自再现变换111112)
1(001q q q D Cq B Aq q =-+⨯+⨯-=++=
2、稳定谐振器的两块反射镜，其曲率半径cm R 401=，cm R 1002=，激光波长为
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nm 500.（15分）
（1）求腔长L 取值范围；
（2）选择腔长为cm 120，求稳定腔等价共焦腔焦距f ；
（3）高斯光束束腰位置及束腰半径0ω；
1）求腔长L 取值范围； （2）选择腔长为cm 120，求稳定腔等价共焦腔焦距f ；
（3）高斯光束束腰位置及束腰半径0ω；
解：（1）激光稳定性条件
1)1)(1(021≤--
≤R L R L 得1)100
1)(401(0≤--≤L
L ，…………………(5分) 进一步得
cm L 400≤≤或cm L 140100≤≤
（2）[]
2
2121212)()()
)()((R L R L L R R L R L R L f -+--+--=
代入后得cm f 59.19=…………………………………….… (5分) （3）[]
cm R L R L L R L z 24)()()
(2121-=-+--=
mm f w 177.010*******.1909
2=⨯⨯⨯=
=
--π
π
λ
………….……(5分)。