200952382931457激光原理试题

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激光原理及应用试卷.

激光原理及应用试卷.

激光原理及应用试卷班级姓名成绩一、填空题(1.5×20=30分)1.光与物质的相互作用有三种不同基本过程,即,及A21称为:B21称为:B12称为:自发辐射的平均寿命τ与A21关系为2.引起谱线增宽的原因主要有三种,即。

它们的线型函数有两种,分别是。

3.光的一个基本性质是具有。

一方面光是电磁波,具有波动性质,有一定的和。

另一方面光是光子流,是具有一定和的物质粒子流。

4.产生激光必须具备的三个条件:,,二、问答题(5×6=30分)1.简要叙述激光器稳定出光的过程。

2.三种谱线增宽形式中哪些是均匀增宽?哪些是非均匀增宽,为什么?3.详细说明对称共焦腔中高斯光束的特点,并图示4.叙述用兰姆凹陷稳频的工作原理。

三、 分析题(40分)1. (10’)如图所示为的1E 和0E (基态)分别为激光上下能级,0n 和1n 分别为上下能级的粒子数密度,谐振腔中传播的单色光能密度为ρ(假设其线宽比介质的线型函数)(v f 的线宽窄得多)。

图中过程①为泵浦速率为R 0的抽运过程,②为自发辐射过程,③和④分别为受激辐射和受激吸收过程,自发辐射系数、受激辐射系数和受激吸收系数分别为A 10、B 10、B 01。

试写出1E 能级在单位时间内粒子数密度的增加量,并说明表达式中每一项的物理意义2. (15分)一染料激光器输出激光的波长为0.63μm ,采用平凹腔,凹面镜的曲率半径为2m ,腔长为1m ,(1)求出它所产生的高斯光束的光腰大小和位置,共焦参数f 以及发散角θ。

(2)如果使用焦距为5cm 的凸透镜聚焦,入射光腰到透镜的距离为1.50m 。

问:离透镜1.0m 处的出射光斑半径为多少?3.(15’)设有三束频率分别为0ν、νν∆+0和νν∆-0、光强为I 0、I 1和I 2的强光沿相同方1E 0E向或相反方向(如图)通过中心频率为0ν的非均匀加宽增益介质(I 0>I 1> I 2)。

试分别分析下列两种情况下反转粒子数按速度z υ的分布,并画出相应的分布曲线,要求在图中标出烧孔位置及烧孔深度。

激光原理及应用的试题库

激光原理及应用的试题库

激光原理及应用的试题库
一、激光原理
•激光的定义及基本特性
•激光的产生原理
•激光的工作性能指标
•激光的发展历程
二、激光的应用
2.1 激光在医学领域的应用
•激光在眼科手术中的应用
•激光在皮肤美容中的应用
•激光在牙科治疗中的应用
2.2 激光在通信领域的应用
•激光在光纤通信中的应用
•激光在无线通信中的应用
•激光在卫星通信中的应用
2.3 激光在制造业的应用
•激光在激光切割中的应用
•激光在激光焊接中的应用
•激光在激光打标中的应用
2.4 激光在科研领域的应用
•激光在物理实验中的应用
•激光在化学实验中的应用
•激光在生物实验中的应用
三、激光原理及应用的试题
3.1 激光原理试题
1.什么是激光? 写出激光的定义及基本特性。

2.请简要描述激光的产生原理。

3.列举并解释激光的工作性能指标。

4.描述激光的发展历程。

3.2 激光应用试题
1.激光在眼科手术中的应用有哪些? 请简要描述其原理。

2.激光在光纤通信中的作用是什么? 请简要解释。

3.你了解哪些激光在制造业中的应用? 请简单列举并描述一项。

4.举例说明激光在科学研究中的应用。

四、总结
•概述激光原理及基本特性
•简述激光在不同领域的应用
•介绍激光原理及应用的试题
•强调激光技术的重要性及发展前景。

激光原理习题-问答精选全文完整版

激光原理习题-问答精选全文完整版
9、为什么存在线宽极限?它取决于什么?
10、什么是频率牵引?
12、高阶高斯光束有哪些?
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?
18、什么是高斯光束的自再现变换?
19、高斯光束的自再现变换与稳定球面腔有什么关系物理基础是什么?
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?
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)
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?
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。
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?
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?

《激光原理》期末复习试题2套含答案(大学期末复习资料)

《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 。

激光原理复习题(含参考答案)

激光原理复习题(含参考答案)

激光原理复习题(含参考答案)1. 自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为(B)2. 爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为( C)3. 自然增宽谱线为(C)(A)高斯线型(B)抛物线型(C)洛仑兹线型(D)双曲线型4. 对称共焦腔在稳定图上的坐标为( B )(A)(-1,-1)(B)(0,0)(C)(1,1)(D)(0,1)5. 阈值条件是形成激光的(C)(A)充分条件(B)必要条件(C)充分必要条件(D)不确定6. 谐振腔的纵模间隔为( B )7. 对称共焦腔基模的远场发散角为(C)8. 谐振腔的品质因数Q衡量腔的( C )(A)质量优劣(B)稳定性(C)储存信号的能力(D)抗干扰性9. 锁模激光器通常可获得( A)量级短脉冲10. YAG激光器是典型的(C)系统(A)二能级(B)三能级(C)四能级(D)多能级11. 任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价,而任何一个满足稳定条件的球面腔唯一地等价于一个共焦腔。

12. 激光器的基本结构包括三部分,即工作物质、激励物质光学谐振腔。

13. 有一个谐振腔,腔长L=1m,在1500MHz的范围内所包含的纵模个数为10 个(设μ=1)。

14. 激光的特点是相干性强、单色性佳、方向性好高亮度。

15 调Q 技术产生激光脉冲主要有 、 两种方法,调Q 激光器通常可获得ns 量级短脉冲,锁模有 和 两种锁模方式。

锁模 、 调Q 主动锁模 被动锁模16. 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17写出光与物质相互作用的爱因斯坦关系式,说明其物理含义。

答:(1)自发辐射跃迁几率2121211sp s dn A dt n τ⎛⎫== ⎪⎝⎭,表示了单位时间内从高能级向低能级跃迁的原子数与高能级原有粒子数的比例。

(2)受激吸收跃迁几率121211st dn W dt n ⎛⎫= ⎪⎝⎭,表示单位时间内由于受激跃迁引起的由低能级向高能级跃迁的原子数和低能级原子数的比例。

激光原理复习题答案(参考版)

激光原理复习题答案(参考版)

激光原理复习题答案(参考版)激光原理复习题第一章电磁波1. 麦克斯韦方程中0000./.0t tμμερε??=-=+?=?=?B E E B J E B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。

被吸收时,光强会减弱,放大时说明介质对入射光有增益。

激光原理期末试题及答案

激光原理期末试题及答案

激光原理期末试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 激光的产生原理是基于以下哪种现象?A. 光电效应B. 康普顿散射C. 受激辐射D. 多普勒效应答案:C2. 激光器的工作原理不包括以下哪一项?A. 泵浦B. 增益介质C. 谐振腔D. 反射镜答案:D3. 以下哪种激光器不是固体激光器?A. Nd:YAG激光器B. Ruby激光器C. CO2激光器D. Ti:Sapphire激光器答案:C4. 激光的相干性主要取决于以下哪个参数?A. 波长B. 频率C. 相位D. 振幅答案:C5. 激光的单色性是指激光的什么特性?A. 单一波长B. 单一频率C. 单一相位D. 单一振幅答案:B6. 激光的发散角通常比普通光源小,这是因为激光具有以下哪种特性?A. 高亮度B. 高相干性C. 高单色性D. 高方向性答案:D7. 以下哪种现象不是激光的特性?A. 高亮度B. 高单色性C. 高相干性D. 热效应答案:D8. 激光冷却技术利用了激光的哪种特性?A. 高亮度B. 高单色性C. 高相干性D. 高方向性答案:B9. 激光在医学领域的应用不包括以下哪一项?A. 激光切割B. 激光焊接C. 激光诊断D. 激光手术答案:B10. 激光在工业领域的应用不包括以下哪一项?A. 激光打标B. 激光雕刻C. 激光通信D. 激光切割答案:C二、填空题(每题2分,共20分)1. 激光的全称是________。

答案:受激辐射光放大2. 激光器的四个基本组成部分包括工作物质、泵浦源、________和光学谐振腔。

答案:激励装置3. 激光的相干长度是指激光在传播过程中保持________的最长距离。

答案:相干性4. 激光的模式是指激光在________中的分布情况。

答案:横截面5. 激光的波长范围可以从紫外到________。

答案:远红外6. 激光的功率是指激光在单位时间内发射的________。

答案:能量7. 激光的脉冲宽度是指激光脉冲的________。

激光原理期末考试题及答案

激光原理期末考试题及答案

激光原理期末考试题及答案# 激光原理期末考试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 激光的产生需要满足以下哪个条件?A. 粒子数反转B. 增益介质C. 光学谐振腔D. 所有以上答案:D2. 激光的三个主要特性是什么?A. 单色性、方向性、相干性B. 单色性、亮度、相干性C. 亮度、方向性、相干性D. 单色性、亮度、方向性答案:A3. 以下哪个不是激光器的类型?A. 固体激光器B. 气体激光器C. 半导体激光器D. 热激光器答案:D4. 激光器中的泵浦过程是指什么?A. 将能量注入工作介质B. 将工作介质加热C. 将工作介质冷却D. 将工作介质的粒子数反转答案:A5. 激光器的谐振腔的作用是什么?A. 提供能量B. 储存能量C. 提供反馈D. 吸收能量答案:C6. 激光的相干长度是指什么?A. 激光的波长B. 激光的脉冲宽度C. 激光的相干时间D. 激光的传播距离答案:D7. 激光的调Q技术主要用来实现什么?A. 增加激光的功率B. 增加激光的频率C. 增加激光的亮度D. 增加激光的相干性答案:A8. 激光冷却技术可以用来实现什么?A. 降低物体的温度B. 增加物体的温度C. 保持物体的温度D. 测量物体的温度答案:A9. 激光在医学中的应用主要包括哪些方面?A. 切割、焊接、诊断B. 诊断、治疗、美容C. 美容、诊断、焊接D. 切割、治疗、美容答案:D10. 激光测距的原理是什么?A. 利用激光的单色性B. 利用激光的方向性C. 利用激光的相干性D. 利用激光的高亮度答案:C二、简答题(每题10分,共30分)1. 简述激光的产生原理。

答案:激光的产生原理基于受激辐射。

在激光器中,工作介质被泵浦至高能级,形成粒子数反转。

当处于高能级的粒子受到外部光子的激发时,会以受激辐射的方式释放光子,这些光子与激发它们的光子具有相同的频率、相位和方向。

这些光子在光学谐振腔中来回反射,通过增益介质时不断被放大,最终形成具有高度单色性、相干性和方向性的激光束。

激光原理练习题及答案

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。

激光原理考试题

激光原理考试题

激光原理考试题姓名:分数:激光基础考试题一、选择题(每题7分,共70分)1、二氧化碳激光器的波长为()。

A、335nmB、810nmC、1064nm D10.6um2、激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和()三部分构成。

A、反射镜B、窗口镜C、电极D、光学谐振腔3、二氧化碳激光器的常用混合气体成分是由()、氦气、氙气、氮气组成。

A、一氧化碳B、二氧化碳C、氧气D、氖气4、本公司采用的二氧化碳激光器的激励方式是()。

A、射频激励B、光激励C、热激励D、化学激励5、二氧化碳激光器属于什么类型的激光器?A、气体激光器B、光纤激光器C、半导体激光器D、固体激光器6、二氧化碳激光器是()激光器。

A、原子B、离子C、中子D、分子7、板条式激光器的放电面积每平方厘米功率输出()。

A、35-40WB、1.5-2WC、5-10WD、100-105W8、二氧化碳分子从高能级向低能级跃迁时会()。

A、吸收能量B、放出能量C、能量不变D、放出再吸收能量9、二氧化碳激光器除了有二氧化碳以外,还有氮气、氦气等气体作为辅助气体,辅助气体的作用是()。

A、节省电量B提高功率C、减少能量密度D、保护激光器不受损坏10、二氧化碳激光器的光学谐振腔由全发射镜和()组成。

A、电路板B、输出反射镜C、二氧化碳D、电极二、填空题(每题5分,共10分)1、可见光的波长范围是()。

2、所有的光都是离子、原子、分子()所造成的。

三、简答题(20分)简述二氧化碳激光器的应用及其优点。

激光原理与技术09级A卷含答案

激光原理与技术09级A卷含答案

长江大学试卷院(系、部)专业班级姓名学号…………….…………………………….密………………………………………封………………..…………………..线……………………………………..2011 ─2012学年 第 2 学期 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A 卷) 专业:应物 年级2009级 考试方式:闭卷 学分4.5 考试时间:110 分钟 相关常数:光速:c=3×108m/s, 普朗克常数h =6.63×10-34Js, 101/5=1.585 一、选择题 (每小题 3 分,共 30 分) 1. 掺铒光纤激光器中的发光粒子的激光上能级寿命为10ms ,则其自发辐射几率为 。

(A )100s -1 (B) 10s -1 (C) 0.1s -1 (D) 10ms 2. 现有一平凹腔R 1→∞,R 2=5m ,L =1m 。

它在稳区图中的位置是 。

(A) (0, 0.8) (B) (1, 0.8) (C) (0.8, 0) (D) (0.8, 1) 3. 图1为某一激光器的输入/输出特性曲线,从图上可以看出,该激光器的斜效率约为 。

(A) 10% (B) 20% (C) 30% (D) 40% 图1 图2 4.图2为某一激光介质的吸收与辐射截面特征曲线,从图上可以看出,该激光介质可用来产生 的激光。

(A) 只有1532 nm (B)只能在1532 nm 附近 (C) 只能在1530 nm-1560nm 之间 (D) 1470 nm-1570nm 之间均可 A 卷第 1 页共 6 页题号 一 二 三 四 总分 阅卷人 得分 得分5. 电光晶体具有“波片”的功能,可作为光波偏振态的变换器,当晶体加上Vλ/2电场时,晶体相当于。

(A)全波片(B) 1/4波片(C) 3/4波片(D) 1/2波片6. 腔长3m的调Q激光器所能获得的最小脉宽为。

(设腔内介质折射率为1)(A)6.67ns (B) 10ns (C) 20ns (D) 30ns7. 掺钕钇铝石榴石(Y3Al5O12)激光器又称掺Nd3+:YAG激光器,属四能级系统。

激光原理试题及答案

激光原理试题及答案

激光原理试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 激光的产生原理是基于以下哪种效应?A. 光电效应B. 康普顿效应C. 受激辐射D. 多普勒效应答案:C2. 激光器中,用于提供能量的介质被称为什么?A. 增益介质B. 反射介质C. 吸收介质D. 传输介质答案:A3. 激光器中,用于将光束聚焦的元件是:A. 透镜B. 棱镜C. 反射镜D. 滤光片答案:A4. 激光的波长范围通常在:A. 红外线B. 可见光C. 紫外线D. 所有选项5. 以下哪种激光器是固态激光器?A. CO2激光器B. 氩离子激光器C. 钕玻璃激光器D. 所有选项答案:C6. 激光的相干性意味着:A. 波长一致B. 相位一致C. 频率一致D. 所有选项答案:D7. 激光器的输出功率通常用以下哪种单位表示?A. 瓦特B. 焦耳C. 牛顿D. 伏特答案:A8. 激光切割机利用激光的哪种特性进行切割?A. 高亮度B. 高方向性C. 高单色性D. 高相干性答案:A9. 激光冷却技术主要应用于:B. 工业C. 物理学研究D. 军事答案:C10. 激光二极管通常使用的半导体材料是:A. 硅B. 锗C. 砷化镓D. 碳化硅答案:C二、填空题(每题2分,共20分)1. 激光的英文全称是________。

答案:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation2. 激光器的三个主要组成部分是________、________和________。

答案:工作物质、激励源、光学谐振腔3. 激光器中,________用于提供能量,________用于产生激光。

答案:激励源、工作物质4. 激光的________特性使其在通信领域有广泛应用。

答案:高相干性5. 激光器的________特性使其在医疗手术中具有高精度。

答案:高方向性6. 激光冷却技术中,激光与原子相互作用的效应被称为________。

激光原理习题 (详细)

激光原理习题 (详细)

1、光与物质相互作用的三个基本过程:自发辐射、受激辐射、受激吸收.2、激光器的损耗指的是在激光谐振腔内的光损耗,这种损耗可以分为两类:内部损耗、镜面损耗.3、形成激光的条件:实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。

4、激光的四个基本特性:高亮度、方向性、单色性和相干性.5、激光调制方法:内调制是指在激光生成的振荡过程中加载调制信号,通过改变激光的输出特性而实现的调制。

外调制则是在激光形成以后,再用调制信号对激光进行调制,它并不改变激光器的参数,而是改变已经输出的激光束的参数。

就调制方法来讲,也有振幅调制、强度调制、频率调制、相位调制以及脉冲调制等形式。

6、三种谱线增宽形式:自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽.7、单纵模激光器的选频方法:短腔法、法布里—珀罗标准具法、三反射镜法。

8、激光器的基本结构:激光工作物质:能够实现粒子数反转,产生受激光放大.激励能源:能将低能级的粒子不断抽运到高能级,补充受激辐射减少高能级上的粒子数。

光学谐振腔:提高光能密度,保证受激辐射大于受激吸收。

9、高斯光束的基膜腰斑半径(腰粗)公式:W0=21Ws=21πλL简答题:1、用速率方程组证明二能级系统不可能实现粒子数反转分布。

2、简述光频电磁场与物质的三种相互作用过程,并指出其影响因素。

(画图说明)答:光与物质相互作用的本质是光与物质中的电子发生相互作用,使得电子在不同的能级之间跃迁。

包括三种基本过程:自发发射、受激辐射以及受激吸收.。

自发发射—-在无外电磁场作用时,粒子自发地从E2跃迁到E1,发射光子hv。

(a)特点:各粒子自发、独立地发射的光子.各光子的方向、偏振、初相等状态是无规的,独立的,粒子体系为非相干光源.受激辐射:——原处于高能级E2的粒子, 受到能量恰为hv=E2-E1的光子的激励, 发射出与入射光子相同的一个光子而跃迁到低能级E1 .特点:①受激发射只能在频率满足hv=E2—E1的光子的激励下发生;②不同粒子发射的光子与入射光子的频率、位相、偏振等状态相同;这样,光场中相同光子数目增加,光强增大,即入射光被放大——光放大过程。

激光原理(含答案)

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。

激光原理笔试题及答案

激光原理笔试题及答案

激光原理笔试题及答案一、选择题(每题5分,共20分)1. 激光的英文缩写是:A. LEDB. LCDC. LASERD. LEDE答案:C2. 激光的产生原理是:A. 热效应B. 光电效应C. 康普顿散射D. 受激辐射答案:D3. 激光器中,工作物质是:A. 气体B. 液体C. 固体D. 所有选项答案:D4. 下列哪种激光器不是基于固体激光器的?A. 红宝石激光器B. 钕玻璃激光器C. 氩离子激光器D. 二氧化碳激光器答案:C二、填空题(每空5分,共20分)1. 激光的特点是方向性好、_______、亮度高。

答案:单色性好2. 激光器的工作原理基于_______效应。

答案:受激辐射3. 激光器的输出功率通常用_______来表示。

答案:瓦特4. 激光器的类型包括固体激光器、_______激光器、气体激光器等。

答案:液体三、简答题(每题10分,共20分)1. 简述激光的产生过程。

答案:激光的产生过程包括激发、粒子数反转和受激辐射放大。

首先,工作物质被激发到高能级,使得高能级上的粒子数多于低能级,形成粒子数反转。

然后,当一个高能级的粒子通过受激辐射释放光子时,会激发更多的粒子以相同的方式释放光子,形成相干光束,即激光。

2. 描述激光在医学领域的应用。

答案:激光在医学领域的应用非常广泛,包括激光外科手术、眼科治疗、皮肤治疗、肿瘤治疗等。

激光手术可以减少出血和感染的风险,提高手术的精确性和安全性。

在眼科治疗中,激光可以用于矫正视力,如LASIK手术。

在皮肤治疗中,激光可以用于去除痣、纹身和疤痕。

在肿瘤治疗中,激光可以用于精确地摧毁肿瘤细胞。

四、计算题(每题20分,共40分)1. 假设一个激光器的输出功率为100mW,工作波长为532nm,请计算激光的光子能量。

答案:光子能量E = h * c / λ,其中 h 是普朗克常数(6.626x 10^-34 Js),c 是光速(3 x 10^8 m/s),λ 是波长(532 x10^-9 m)。

第一章激光原理练习题(优选.)

第一章激光原理练习题(优选.)

最新文件---------------- 仅供参考--------------------已改成-----------word文本 --------------------- 方便更改第一章激光原理练习题一、填空题(本大题共4个小题,每题3分,共12分)1.光学谐振腔的稳定与否是由谐振腔的决定的。

2.平凹腔是由一块平面镜和一块曲率半径为R的凹面镜组成的光学谐振腔,按照两镜之间距离可分为半共焦腔和。

3.一般情况下粒子数密度反转分布与的线型函数有关。

4.小信号粒子数密度反转与能级寿命有关。

二、选择题(本大题共4个小题,每题3分,共12分)1. 粒子数密度反转分布的表达式表明了粒子数密度按照谐振腔内光波频率分布,与有关。

A光强 B饱和光强 C中心频率 D小信号粒子数密度反转2.光学谐振腔的作用是。

A倍增工作介质作用长度提高单色光能密度B控制光束传播方向。

C对激光进行选频D改变激光频率3. 饱和光强I s是激光工作物质的光学性质,不同物质差别很大,氦氖激光器(632.8nm谱线) I s大约为。

A. 0.3W/mm2B. 7.0W/mm2C. 0.6W/mm2D. 0.5W/mm24.平凹腔按照两镜之间距离可分为。

A半共焦腔B半共心腔C共焦腔D共心腔三、简答题(本大题共4个小题,每题5分,共20分)1.请解释增益饱和的物理意义。

2.请解释什么是不稳定腔。

3.什么是平行平面腔?4 .请解释粒子数密度反转分布值的饱和效应。

四、计算题(本大题共4个小题,共56分)1.四能级激光器中,激光上能级寿命为τ3 =10-3 s,总粒子数密度n0=3×108m-3 ,当抽运几率达到W14 =500/s时,求小信号反转粒子数密度为多少?(10分)2.某激光介质的增益系数G=2/m,初始光强为I0 ,求光在介质中传播z=0.5m后的光强。

(不考虑损耗与增益饱和)(14分)3.激光器为四能级系统,已知3能级是亚稳态能级,基态泵浦上来的粒子通过无辐射跃迁到2能级,激光在3能级和2能级之间跃迁的粒子产生。

激光原理练习题

激光原理练习题

第一章激光原理练习题、填空题(本大题共4个小题,每题3分,共12分)1•光学谐振腔的稳定与否是由谐振腔的_____________ 决定的。

2.平凹腔是由一块平面镜和一块曲率半径为R的凹面镜组成的光学谐振腔,按照两镜之间距离可分为半共焦腔 _________________ 和______________ 。

3.________________________________________ —般情况下粒子数密度反转分布与 __________________________________________________ 的线型函数有关。

4.______________________________ 小信号粒子数密度反转与能级寿命有关。

、选择题(本大题共4个小题,每题3分,共12分)1.粒子数密度反转分布的表达式表明了粒子数密度按照谐振腔内光波频率分布,与 ________ 有关。

A光强B饱和光强C中心频率D小信号粒子数密度反转2.光学谐振腔的作用是_________ oA倍增工作介质作用长度提高单色光能密度B控制光束传播方向。

C对激光进行选频D改变激光频率3.饱和光强I s是激光工作物质的光学性质,不同物质差别很大,氦氖激光器(632.8nm谱线)I s大约为________ 。

2 2 2 2A. 0.3W/mmB. 7.0W/mmC. 0.6W/mmD. 0.5W/mm4.___________________________________ 平凹腔按照两镜之间距离可分为oA 半共焦腔B半共心腔C共焦腔D共心腔三、简答题(本大题共4个小题,每题5分,共20 分)1.请解释增益饱和的物理意义2.请解释什么是不稳定腔3.什么是平行平面腔?4 . 请解释粒子数密度反转分布值的饱和效应。

四、计算题(本大题共4 个小题,共56分)1•四能级激光器中,激光上能级寿命为T=10-3 s,总粒子数密度n o =3X108m-3, 当抽运几率达到W14 =500/s时,求小信号反转粒子数密度为多少?(10分)2.某激光介质的增益系数 G=2/m,初始光强为I o ,求光在介质中传播z=0.5m后的光强。

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《激光原理及应用》期末试题(A卷答案)
一、简答题
1.激光器的基本结构包括三个部分,简述这三个部分
答:激光工作物质、激励能源(泵浦)和光学谐振腔;
2.物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁,简述这两种跃迁的区别。

答:粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁,辐射跃迁必须满足跃迁定则;非辐射跃迁表示在不同的能级之间跃迁时并不伴随光子的发射或吸收,而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给他的能量。

3.激光谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽,简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线
型。

答:如果引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的,则这种加宽称为均匀加宽。

自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加宽类型。

非均匀加宽是原子体系中每一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。

多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。

4.简述均匀加宽的模式竞争
答:在均匀加宽的激光器中,开始时几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争,结果总是靠近中心频率的一个纵模获胜,形成稳定的振荡,其他的纵模都被抑制而熄灭。

这种情况叫模式竞争。

5.工业上的激光器主要有哪些应用?为什么要用激光器?
答:焊接、切割、打孔、表面处理等等。

工业上应用激光器主要将激光做热源,利用激光的方向性好,能量集中的特点。

6.说出三种气体激光器的名称,并指出每一种激光器发出典型光的波长和颜色。

答:He-Ne激光器,632.8nm(红光),Ar+激光器,514.5nm(绿光),CO2激光器,10.6μm (红外)
7.全息照相是利用激光的什么特性的照相方法?全息照相与普通照相相比有什么特点?
答:全息照相是利用激光的相干特性的。

全息照片是三维成像,记录的是物体的相位。

二、证明题:(每题6分,共18分)
1.证明:由黑体辐射普朗克公式
3
3
81
1
h
K T
h
c
e
νν
πν
ρ=
-
导出爱因斯坦基本关系式:
3
21
3
21
8
A h
n h B cν
πν
ν==
三、计算题
1.由两个凹面镜组成的球面腔,如图。

凹面镜的曲率半径分别为2m、3m,腔长为1m。

发光波长600nm。

(1)求出等价共焦腔的焦距f;束腰大小w0及束腰位置;
(2)求出距左侧凹面镜向右3.333米处的束腰大小w及波面曲率半径R;
解: (0) 激光腔稳定条件
1
2
(1)(1)
11(1)(1)2
3
13
L L R R -
-
=--
= 此腔为稳定腔。

(1) ()()()
()()()()()
()()121222
2
1212131231 1.1251213L R L R L R R L f L R L R --+-⨯-⨯-⨯+-=
=
=-+--+-⎡⎤⎡⎤⎣⎦
⎣⎦
得, f = 1.06066≈1m
()
()()
()
()()
21121310.6671213L R L z L R L R -⨯-=
=
=--+--+-m
即束腰位置距R 1 左侧0.667m 处
3
00.4370
1026
w m -=
=
=
=⨯
(2) 距左侧凹面镜向右3.333米处,经计算为距束腰4米处。

(
)33
0.437010 1.810m
--==⨯⨯=⨯w z w
()4117
1 4.25144z f R z f m m f
z ⎛⎫⎛⎫=+=⨯+== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
3.氦氖激光器中Ne 20能级2S 2-2P 4的谱线为1.1523μm 。

这条谱线的自发辐射几
率A 为6.54×106s -1秒, 放电管气压P ≈260帕; 碰撞系数α≈700KHz/帕; 激光
温度T = 400K; M =112; 试求:
(1) 均匀线宽ΔνH ; (2) 多普勒线宽ΔνD ;
分析在气体激光器中, 哪种线宽占优势 解: (1) 自然加宽: 6
6
1 6.5410 1.040810
222N s
A νπτπ
π
⨯∆=
==
=⨯⨯Hz
碰撞加宽:3870010260 1.82010L p να∆==⨯⨯=⨯Hz
均匀加宽: 6
88
1.040810 1.82010 1.83010H N L ννν∆=∆+∆=⨯+
⨯=⨯
Hz
(2)多普勒线宽:
1
1
8
2
27
78
06
3104007.16107.1610 3.52281101.152310112D T M νν---⨯⎛⎫⎛⎫∆=⨯=⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭
Hz
(3)根据上述结论,该激光器多普勒线宽占优势
4.红宝石激光器中,Cr 3+粒子数密度差Δn = 6×1016/cm 3, 波长λ=694.3nm, 自发辐射寿命τs = 3×10--3s, 折射率η ≈1.76。

仅考虑自然加宽效果,上下能级简并度为1。

试求(1) 该激光器自发辐射系数A 21;
(2) 线型峰值()0g
ν ; (3) 中心频率处小信号增益系数g 0 ;
(4) 中心频率处饱和增益系数g 解: (1) 1
213
1
1310s
A s
τ--=
=

(2) ()3
02
41210
N s N
g
ντπν-===⨯∆
(3)中心频率处小信号增益系数
()()
()
()
2
2
8
3
9
2
1663
2102
28
9
310
10694.310
610101210
883310 1.76
2.615510
u A g n
g
νπνπ--⨯⨯⨯⨯=∆=⨯⨯⨯⨯⨯η
⨯⨯⨯⨯⨯=⨯
(4) 中心频率处饱和增益系数g 是小信号增益系数的一半为: 1.3078×109
5. 一束Ar+高斯激光束,束腰半径为0.41mm ,束腰位置恰好在凸透镜前表面上,激光输出功率为400w (指有效截面内的功率),透镜焦距为10mm ,计算Ar+激光束经透镜聚焦后,焦点处光斑有效截面内的平均功率密度。

(Ar+激光波长514.5nm)
解:透镜前的q 1参数为
()
2
3
19
3.14159260.4110
1.0264514.510
q if i
i
i i πλ
--⨯⨯====≈⨯201
ω
应用ABCD 定理求出q 2,1223
100.00010.0111
1010
Aq B i q i C q D
i -+⨯+===-+-
⨯+⨯
束腰位置为q 2的虚部,得
200.0001q i =
求得
2
2
2020514.50.0001 1.637710
3.1415926
q i
λωπ-⨯=
=
=⨯
功率密度为2
220
400
7774.5592w /m
3.14159260.016377
W
ρπω
=
=
=⨯。

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