激光原理内部资料,绝版

Rz
w0
z0
L
0
2
w0
2
f
R L
1
L
f2 L
25
0 2
2
1
L L2 4 1 4 1 2 L2
显然，当L 1 2 m时，远场发散角0有最小值，即0min 2
2
0 取单位 随腔长L的变化曲线如下：
0 2
L L2
－1 4
26
14.某高斯光束束腰斑大小为w0 1.14mm, 10.6m。
9
第4章 电磁场与物质的共振相互作用
12、描述非均匀加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效 应”，并说明原理。
10
第5章 激光振荡特性
1、激光器有哪些类型？ 2、激光器的振荡条件是什么？稳定工作条件又是什么？ 3、激光器的阈值参数怎么计算？ 4、在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不
同？ 5、如何计算均匀加宽单模激光器的输出功率？ 6、为什么存在最佳透过率？如何计算？
z
1000m
w R
1000 2.96m z 1000m
27
第4章
8T：若已知红宝石的跃迁几率数据：，估算等于多少时红宝石对的 光是透明的。(红宝石，激光上、下能级的统计权重，计算中可 不计光的各种损耗。)
解：该系统是一个三能级系统，速率方程组为
因 f1 f2 ，且可不计光的各种损耗，速率方程组为：
求与束腰相距30cm、10m、1000m远处的光斑半径w及波
前曲率半径R。
解：光斑半径和波前曲率半径分别为
w z w0
1
z w02
2；
R
z
z
1
w02 z
2
因此，代入相关参数，分别有
z
0.3m
w0.3
R
z
1.445mm 0.79m
;
z
10m
w R
10 29.62mm z 10m
பைடு நூலகம்
出等价共焦腔的具体位置。
解：g1
1
L R1
1
0.8 1.5
7 15 ; g2
1
L R2
1
0.8 1
1.8
Q 0 g1g2 0.84 1, 该球面腔为稳定球面腔。
稳定球面腔均有唯一的等价共焦腔，其特征参数为
z1
R1
L R2 L L R2
L
1.5
0.81 0.8
0.8
1
0.8
19
(2)凹凸共轴球面镜,即R1 0, R2 0。
因此，g1
1
L R1
, g2
1
L R2
0,
根据稳定性条件0 g1g2 1,知
0
1
L R1
1
L R2
1
R1
R1
L R2
L
20
3.激光器的谐振腔由一面曲率半径为1m的凸面镜和
曲率半径为2m的凹面镜组成，工作物质长0.5m，其
R1
0 1
1
0
L 1 0 1
1
2
R2
1
0
L
1
A
C
B
D
1 0
0 1
式中:A 1 2L 1 R2
B
2L
1
L
R2
0
2 2 2L
2L 2L 2L
C
R1
R2
1
R1
0
D
R1
1
R1
1
R2
1
17
因此n次往返矩阵可以写为
T n
TTT T r1 L r2 L
8
第4章 电磁场与物质的共振相互作用
7. 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。
8. 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。
9. 饱和光强有什么含义？怎么定义的？ 10、什么是小信 号增益、大信号增益？
11、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？
因此，g1
1,
g2
1
L R2
,
根据稳定性条件0
g1 g 2
1,知
0 1
L R2
1
R2
L
(2)双凹共轴球面镜,即R1 0, R2 0。
因此，g1
1
L R1
,
g2
1
L R2
,
根据稳定性条件0 g1g2 1,知
0
1
L R1
1
L R2
1
R1 R2
L L
或
0 R1 L 0 R2 L R1 R2 L
g%,0
k
1 3
中心频率发射截为：
21 21 0 ,0
5
第二章 开放式光腔与高斯光束
13、什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性? 14、如何计算一般稳定球面腔的主要参量？ 15、什么是腔的菲涅耳数？它与腔的损耗有什么关系？ 16、高斯光束的表征方法有哪些？什么是q参数？ 17、高斯光束q参数的变换规律是什么？ 如何描述激光束的质量好坏，是如何定义？
6
11
第5章 激光振荡特性
7、什么是兰姆凹陷？ 8、什么是激光器的驰豫振荡现象？如何定性解释？ 9、为什么存在线宽极限？它取决于什么？ 10、什么是频率牵引？ 11、当激光器的激励强弱不同时，可使工作物质处于哪几
种状态，各输出什么光？
答：当，满足放大条件，但无法满足输出激光的条件，腔中自发辐射占主要位置， 反转的粒子数将主要通过自发辐射跃迁到低能级，即反转的粒子数将对自发 辐射进行放大。
2
22
1.171 L 2.171
Q
1 2
A
D
1
注意，实际上，此题只需计算划线部分的矩阵积即可。
令其为大平移矩阵T b
,
得
Tb
1
0
L
0.5 1
n0 2n
1 0
L 0.171
1
然后，把 1 A D 1公式中的L换成L 0.171，可得出答案。
2
22
8.今有一球面腔，R1 1.5m, R2 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
1
第一章 光的基本原理
7. 什么是光子简并度？ 8. 激光的基本物理基础是什么？ 9. 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。 10、Einstein系数有哪些？他们之间的关系是什么？ 11、什么是热平衡时能级粒子数的分布？ 12、产生激光的必要条件是什么？ 13、什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？
n
A C
B n
D
1n
1
0
0n 1
1n
1
0
0 1
显然，不管n多大，其矩阵元为有限值，满足共轴球面腔
的稳定性条件 Q rn 1n r1,n 1n 1 。
并且，当n 2时，有T n T ，其表示任意旁轴光线两次往
返即自行闭合。
18
2. 试求平凹、双凹、凹凸共轴球面腔的稳定性条件。
解：(1)平凹共轴球面镜,即R1 , R2 0。
2
14、如何定义激光增益？什么是小信号增益？什么是增 益饱和？（可结合第三章内容）
15、什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？ 16、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？
3
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？ 2. 如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目? 3. 在激光谐振腔中有哪些损耗因素？ 4. 哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关系如何？ 5. 熟悉射线矩阵光学，会进行推导。 6. 什么是激光谐振腔的稳定性条件？ 7. 画出激光谐振腔的稳定性图，并标出几种典型的谐振
外腔倍频光路图。
14
第一章
1．为使氦氖激光器的相干长度达到1km，它的单色性应 是多少？
相干长度：Lc
c
c
2
1
0
0
Lc
=
15
8．(1)一质地均匀的材料对光的吸收系数为，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)一束光通过长度为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。
30
此二能级系统发出的中心频率为：
E
h 0
hc
1
2
1
1
0
c
1
2
1
1
3.0108 m / s 18340 2627 cm1
1.5713 1014 H Z
由线型函数的归一化条件：
g% ,0 d
1
k 4
k 2
k
3 2
k 2
1
3k 1
k
1 3
31
由图可以看出：中心频率处的线型函数值为
第一章 光的基本原理
1. LASER英文名称的含义是什么？激光是何时发明的？ 2. 激光的基本特性是什么？ 3. 激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 4. 什么是黑体辐射？写出Planck公式，并说明它的物 理意义。 5. 什么是光波模式和光子态？ 6. 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？
dn3
dt
n1W13
n3 ( S32
A31 )
dn2 dt
(n2
n1 ) 21( , 0 )vNl
n2 ( A21
S21 ) n3 S32
n1
n2
n3
n