激光原理第一次习题20110329

习题I

1. 热平衡时，原子能级E2的数密度为n2，下能级E1的数密度为n1，设21g g =，求：(1)当

原子跃迁时相应频率为ν＝3000MHz ，T ＝300K 时n2/n1为若干。(2)若原子跃迁时发光波长λ＝1μ，n2/n1＝0.1时，则温度T 为多高？？

2. 如果我们没有考虑原子能级E 2、E 1具有一定的宽度，而假设能级是无限窄的，可以认为自

发辐射是单色的，但实际上该辐射都是有一定的宽度（光谱线宽），请画图来表示光谱线宽；什么叫谱线加宽以及谱线加宽的因素和类型。

3. 光的相干的含义。什么叫时间相干性和空间相干性。

4. 为什么在紫外区乃至X 光区段的激光发射条件，比在可见、红外区实现受激发射要困难得

多。

5. 激光光束的质量以M 2来表示，请给出M 2的表达式，并说明表达式中参数的含义。

6. 谐振腔有哪几个作用?谐振腔驻波条件是什么?

7. 什么叫激光器的横模和纵模？并用图来举例表示。

8. He-Ne 激光器m μλ63.0≈，其谱线半宽度m μλ1210-≈∆，问λλ/∆为多少？要

使其相干长度达到1000m ，它的单色性

λλ/∆应是多少？

9. He-Ne 激光器腔长L=250mm ，两个反射镜的反射率约为98%，其折射率η=1，已知Ne 原子

m μλ6328.0=处谱线的MHz F 1500=∆ν，问腔内有多少个纵模振荡？

光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽ν∆约为多少？

10. 设平行平面腔的长度L=1m ，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率90.0=γ，求

在1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？

11. 已知CO 2激光器的波长m μλ60.10=处光谱线宽度MHz F 150=∆ν，问腔

长L 为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率

η=1）。

12.

Nd 3—YAG 激光器的m μ06.1波长处光谱线宽度MHz F 51095.1⨯=∆ν，当腔长为10cm 时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？

13. 某激光器波长m μλ7.0=，其高斯光束束腰光斑半径mm 5.00=ω。

①求距束腰10cm 、20cm 、100cm 时，光斑半径

)(z ω和波阵面曲率半径)(z R 各为多少？

②根据题意，画出高斯光束参数分布图。

14. He-Ne 激光器波长m μλ6328.0=，采用平凹腔，其中凹面反射镜R=100m 时：

①分别计算当腔长为10cm 、30cm 、50cm 、70cm 、100cm 时两个反射镜上光斑尺寸W 平和W 凹。 ②根据题意，画出光斑尺寸W 平和W 凹随腔长L 变化曲线。

15.

比较激光振荡器和放大器的异同点。

16.

试说明红宝石激光器的谱线竞争。

17.

说明选单模（横、纵）的意义和方法。

18. 钕玻璃激光工作物质，其荧光线宽nm D 0.24=∆λ ，折射率n=1.50，若用短腔

选单纵模，腔长应为多少？

19.

画出Nd +3-YAG 的能级图。

20.

试从能级结构上分析钛宝石激光器的可调谐性。

21. 列举激光输出波长在可见光范围内的激光器，并按工作物质的性质分类和指出各个波

长所对应的颜色。

22.

列举输出波长在红外波段的激光器。

23. 半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs 材料的Eg=1.43eV

某一InGaAs 材料的Eg=0.96eV ，求它们的发射波长。