激光原理与技术09级A卷含答案
激光原理与技术A答案
06~07激光原理与技术A答案2006-2007学年第1学期《激光原理与技术》A卷试题答案1.基本概念题(选做6小题,每小题5分)[30]1.1 试就你所了解的知识,对激光器进行科学分类。
按工作介质分:气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分:脉冲激光器(pulsed laser)、连续激光器(c.w laser)固定波长输出、波长可调谐的激光器……(按任一方式对其进行分类均可得分,答案是多样的)1.2 激光器一般包括哪三个基本单元?各单元的主要作用是什么?激光器三个基本组成单元(各自的作用描述方式可以不一样)泵浦源:提供输入能量,使粒子数反转分布?n?0。
增益介质:对入射光产生放大作用。
光子谐振腔:选模、储能,形成光振荡(变激光放大器为激光振荡器)。
1.3 对于线宽为??的洛仑兹函数和高斯函数,│ν-ν0│为多大时,这两个函数值相等?在什么频率范围内,洛仑兹函数值大于高斯函数值?│ν-ν0│= 0.75???时,洛仑兹函数与高斯函数值相等;│ν-ν0│> 0.75??时,洛仑兹函数大于高斯函数值。
1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么?就两系统各举一典型实例.三能级系统与四能级系统的主要区别是:前者基态与激光下能级共享,因而阈值反转粒子数密度为n/2,而后者的激光下能级抽空速率很快,阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n2t。
典型的三能级系统激光器为红宝石激光器,典型四能级系统激光器为Nd:YAG激光器。
1.5 何谓烧孔效应?何谓兰姆凹陷?烧孔效应主要指非均匀加宽介质中,由于频率?1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。
即在频率为?1,光强为I?1的强光作用下,使表观中心频率处在?1±(1+ I?1 /Is)1/2???H/2范围内的粒子产生受激辐射,因此在?n???~??曲线上形成一个以?1为中心,宽度约为(1+ I?1 /Is)1/2???H的“烧孔”,这种现象称为烧孔效应。
激光原理与技术答案 (4)
激光原理与技术答案
激光原理及技术相关的问题较为广泛,以下是一些可能的
答案:
1. 激光的原理是通过光的受激辐射产生一种高度单色、高
度方向一致并具有相干性的光。
这是通过将活性物质置于
一个光学腔中,通过激光器提供的能量,激发活性物质中
的电子跃迁,产生光子受激辐射,最终得到激光。
2. 激光技术在许多领域有广泛应用。
例如,医学领域中的
激光手术可以精确切割组织,减少出血和伤口,加速恢复。
在通信领域,激光器用于光纤通信系统中的信号传输。
此外,激光还用于测距、测速、材料加工、激光打印、光刻、激光雷达等领域。
3. 激光的主要特点包括聚焦度高、方向性好、单色性好和
相干性好。
这些特点使得激光可以用于精确控制光束的传
播方向、聚焦到非常小的区域以及进行高精度的测量和加工。
4. 激光器的种类包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器和液体激光器等。
不同类型的激光器具有不同的工作原理和特点,适用于不同的应用领域。
5. 激光的产生和操作涉及多个关键技术,例如激光的泵浦方式、活性物质的选择、腔体的设计和模式控制等。
这些技术的发展和创新推动了激光技术的进步和应用的拓展。
6. 激光的安全问题也需要引起重视。
激光束具有很高的能量密度,如果不正确使用和操作,可能会对人体和环境造成危害。
因此,正确的激光防护和安全措施也是激光技术应用中必须注意的问题之一。
《激光原理与技术》题集
《激光原理与技术》题集一、选择题(每题2分,共20分)1.激光的英文名称是:A. Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiationB. Linear Accelerator BeamC. Large Area Beam EmitterD. Low Amplitude Beam2.下列哪项不是激光器的基本组成部分?A. 激光工作物质B. 激励源C. 光学谐振腔D. 光学滤镜3.激光产生的三个基本条件不包括:A. 实现粒子数反转B. 存在光学谐振腔C. 满足阈值条件D. 有强大的磁场4.在激光技术中,调Q技术主要用于:A. 提高激光功率B. 压缩激光脉宽C. 扩大激光光斑D. 改变激光颜色5.下列哪种激光器不属于气体激光器?A. He-Ne激光器B. CO2激光器C. Nd:YAG激光器D. Ar离子激光器6.激光器的阈值条件是指:A. 激光工作物质开始发光的最低能量B. 激光工作物质达到最大发光强度的能量C. 激光工作物质开始产生激光的最低泵浦功率D. 激光工作物质温度达到熔点的能量7.激光测距主要利用了激光的哪一特性?A. 单色性好B. 方向性强C. 亮度高D. 相干性好8.在激光加工中,激光切割主要利用激光的:A. 热效应B. 光电效应C. 磁效应D. 化学效应9.激光通信相比于微波通信的优势是:A. 传输距离更远B. 传输速度更快C. 抗干扰能力更强D. 所有以上选项10.全息照相技术主要利用了激光的:A. 高能量特性B. 相干性好的特性C. 方向性好的特性D. 单色性好的特性二、填空题(每题2分,共20分)1.激光器的核心部件是______,它决定了激光器的输出波长。
2.在激光产生过程中,实现粒子数反转是通过______手段来实现的。
3.激光器的输出光束质量通常由______来描述。
4.激光脉冲的持续时间越短,其峰值功率就______。
激光原理与技术A卷
2007 ─2008学年 第 1 学期 1 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A 卷)专业:应物 年级:2041/2042 考试方式:闭卷 学分:3 考试时间:120 分钟一、选择题 (每小题 3 分,共 30 分)1.调Q 激光器的脉宽为 量级。
(A )μs (B) ns (C) ps (D) f s2. 图1是某连续激光经调制后的频谱,调制信号的频率为 。
(A) 50MHz (B) 100MHz (C) 5MHz (D) 20MHz3. 图2是某单模光纤FP 腔的输出光谱,则此FP 腔的自由谱宽为 。
(A) 0.2nm (B) 0.4nm (C) 0.6nm (D) 0.8nm 4. 单模光纤最低损耗工作波长为: 。
(A) 1.55μm (B) 1.31μm (C) 1.06μm (D) 0.85μm 5. 光纤的传输色散主要限制了光纤通信的 .(A) 传输距离 (B) 传输速率 (C) 传输噪声 (D) 传输波长A 卷第 1 页共 页图1 图2 ( 0.800nm/div)6. 图3是某可调谐DFB 激光器输出的光波经过一带通滤波器后的光谱曲线,则此激光器的输出波长约为: .(A) 1550.28nm (B) 1549.48nm (C) 1551.08nm (D) 1550.68nm7. 图4是某锁模脉冲激光器输出的RF 频谱,则此脉冲激光器的重复频率为: .(A) 7MHz (B) 10MHz (C) 5.88 MHz (D) 100MHz8. 当频率的超声波MHz f s 40=在熔凝石英声光介质(n=1.54)中建立起超声场时)/1096.5(5s cm v s ⨯=,波长为m μλ06.1=的入射光所满足布拉格条件入射角为 mrad 。
(A) 2.3×10-1 (B) 2.3×10-2 (C) 2.3×10-3 (D) 2.39. 一个YAG 激光放大器,1730610n cm -∆=⨯,19212510cm σ--=⨯,对一矩形光脉冲放大,已知光束截面是20.5cm ,光子能量191.8610h J ν-=⨯,脉宽为10n s ,能量为50m J ,若要求放大到200m J ,则放大介质的长度应为 .(A) 4.62cm (B) 7.44cm (C) 8.64cm (D) 1.55cm10. 有一掺钕钇铝石榴石激光器(假设折射率为1),振荡线宽(荧光谱线中能产生激光振荡的范围)Hz osc 101012⨯=∆υ,腔长L=0.5m ,则osc υ∆内可容纳纵模的数目为 。
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 。
-7-6 -5 -4 (A )1.24 ×10(B) 1.24 × × (D) 1.24 ×10 (C) 1.24 10 102、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 λ9=632.8nm 的 He-Ne 激光器,谱线线宽为 Δν =1.7 ×Hz10。
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 10×94、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81.中心频率为 5×10 MHz 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。
13.证明每个模式上的平均光子数为。
exp( hv / kT ) 1《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× -3(C) 30(D) -30(B) 1 102、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=10 μm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。
09级激光原理
华侨大学09级激光原理与技术试卷一、填空(30分,每小题5分)1.He-Ne激光器的主要竞争谱线有;保证632.8nm单谱线运转的方法有。
2、激光器的损耗主要有;描述损耗的主要指标是。
3、影响气体发光谱线加宽的因素有。
4、与普通光源发出的光比较,激光的主要特性是。
5、激光调制技术主要调制激光的(写出参数);常用的激光调制器件有:。
6、引起激光器频率(或波长)漂移的因素主要有;兰姆凹陷稳频是通过控制来达到稳频的目的。
二、问答题(40分,每小题8分)1、在激光器中光学谐振腔的作用是什么?2、比较基模高斯光束与一般球面波的区别。
3、什么是增益饱和?均匀加宽介质与非均匀加宽介质的增益饱和有何区别?4、调Q 和锁模激光器对腔长的要求有何不同?为什么?5、下图是电光调Q 激光器示意图,请说明它的工作原理。
三、计算题(30分,每题10分)1、一锁模氩离子激光器,腔长1.5m ,多普勒线宽为6000MHz ,未锁模时的平均输出功率为3W ,求锁模时输出的激光脉冲序列的脉冲时间间隔、脉冲宽度、脉冲峰值功率。
2、有一平凹腔,凹面镜曲率半径R=5m ,腔长L=1m ,光波长λ=0.5m 。
求:(1)基模高斯光束的光腰半径及光腰位置;(2)基模高斯光束的远场发散角。
3、 一台He-Ne 激光器,波长为632.8nm ,腔长为0.5m 。
求:(1)纵模频率间隔;(2)若Ne 原子的谱线加宽以多普勒加宽为主,线宽GHz D 5.1=∆ν,并且振荡阈值是增益曲线最大值的一半,求在小信号时,有多少纵模起振。
已知:多普勒加宽激光器的小信号增益系数为:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-⨯⨯-⋅=2200000)()(2ln 4exp )(),(D G G νννννν。
激光原理A试题含答案
试卷〈激光原理〉(A )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一、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(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。
激光原理与技术习题解答-文档资料
解:
0
L(
R
L)
2
(2
R
L)
1/
4
(2R 2L)2
2 (2RL
4 2
L2
)
1/
4
4.65104 m
1 2
L
R2(R L)
1/ 4
L(R
L)(2R
L)
R2 L2 2
2 (2RL L2 )
1/ 4
4.98 104
m
2.28 设对称双凸非稳定腔的腔长L=1m,腔镜 的曲率半径R=-5m,试求单程和往返功率损耗率。
解:
1
1 M2
0.5
N eq
M 1 2
a2
L
M 2
a为输出端半径
a 2NeqL 8.74104 m
M 1
L R1 R2 22
M R1 R2
R1 2.05m R2 1.45m
复习提纲
氦氖激光器的能级图;谱线竞争;工作的激发原理; 举出几种可调谐激光器;染料激光器的三重态影响以及如 何克服? 调Q和锁模技术的基本原理;两种技术在脉宽范围上的差异? 均匀增宽与非均匀增宽的区别;用兰姆凹陷法如何实现稳频? 激光冷却、激光操纵微粒的基本原理 选模方法 证明稳定腔 、临界腔的边界条件
R3
L1
L2
R1
R2
L
证明:根据光线传播的轨迹,总的坐标变换为:
1
x
2 R1
0
1
1
0
1
L 1
2 R2
0
1
1
0
L2 1
1
0
0 1 1 0
L1 x1
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激光原理与技术课后答案
激光原理与技术课后答案激光技术作为一种高科技技术,已经在各个领域得到了广泛的应用,包括医疗、通信、制造业等。
激光的应用范围越来越广,因此对激光原理和技术的深入了解显得尤为重要。
下面是一些关于激光原理与技术的课后答案,希望能帮助大家更好地理解和掌握这一技术。
1. 什么是激光?激光的产生原理是什么?激光是一种特殊的光,它具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光的产生原理是利用激发态原子或分子受到外界能量激发后,通过受激辐射产生的一种特殊的光。
2. 激光的特点有哪些?激光具有高亮度、高单色性、高方向性和高相干性的特点。
这些特点使得激光在各个领域有着广泛的应用,比如在医疗领域可以用于手术切割,通信领域可以用于光纤通信,制造业可以用于激光打印和激光切割等。
3. 请简要描述激光器的工作原理。
激光器是将受激辐射过程放大后的光源。
它的工作原理是通过外界能量激发原子或分子,使其处于激发态,然后通过受激辐射产生的光在光学谐振腔中来回反射,最终形成激光输出。
4. 什么是激光共振腔?它的作用是什么?激光共振腔是激光器中的一个重要部件,它由两个反射镜构成。
它的作用是在两个反射镜之间形成光学谐振腔,使得受激辐射产生的光在腔内来回反射,最终形成激光输出。
5. 请简要描述激光的应用领域。
激光在医疗、通信、制造业等领域有着广泛的应用。
在医疗领域,激光可以用于手术切割、皮肤治疗等;在通信领域,激光可以用于光纤通信;在制造业中,激光可以用于激光打印、激光切割等。
6. 请简要介绍激光在医疗领域的应用。
在医疗领域,激光可以用于手术切割、皮肤治疗、癌症治疗等。
由于激光具有高度的精确性和可控性,因此在医疗领域有着广泛的应用前景。
7. 请简要介绍激光在通信领域的应用。
在通信领域,激光可以用于光纤通信。
由于激光具有高度的方向性和单色性,因此可以在光纤中传输更多的信息,使得通信更加高效和稳定。
8. 请简要介绍激光在制造业中的应用。
在制造业中,激光可以用于激光打印、激光切割、激光焊接等。
激光原理与技术试题答案
- 第1学期 《激光原理和技术》B 卷 试题答案1.填空题(每题4分)[20]1.1激光相干时间τc 和表征单色性频谱宽度Δν之间关系为___1c υτ∆= 1.2一台激光器单色性∆λ/λ为5x10-10,其无源谐振腔Q 值是_2x1091.3假如某工作物质某一跃迁波长为100nm 远紫外光,自发跃迁几率A 10等于105 S -1,该跃迁受激辐射爱因斯坦系数B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -11.4设圆形镜共焦腔腔长L=1m ,若振荡阈值以上增益线宽为80 MHz ,判定可能存在_两_个振荡频率。
1.5对称共焦腔=+)(21D A _-1_,就稳定性而言,对称共焦腔是___稳定_____腔。
2. 问答题(选做4小题,每小题5分)[20]2.1何谓有源腔和无源腔?怎样了解激光线宽极限和频率牵引效应?有源腔:腔内有激活工作物质谐振腔。
无源腔:腔内没有激活工作物质谐振腔。
激光线宽极限:无源腔线宽极限和腔内光子寿命和损耗相关:122'c Rc L δυπτπ∆==;有源腔因为受到自发辐射影响,净损耗不等于零,自发辐射随机相位造成输出激光线宽极限2202()t c s t outn h n P πυυυ∆=∆。
频率牵引效应:激光器工作物质折射率随频率改变造成色散效应,使得振荡模谐振频率总是偏离无源腔对应模频率,而且较后者更靠近激活介质原子跃迁中心频率。
这种现象称为频率牵引效应。
2.2写出三能级和四能级系统激光上能级阈值粒子数密度,假设总粒子数密度为n ,阈值反转粒子数密度为n t.三能级系统上能级阈值粒子数密度22tt n n n +=;四能级系统上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。
2.3产生多普勒加宽物理机制是什么?多普勒加宽物理机制是热运动原子(分子)对所发出(或吸收)辐射多普勒频移。
2.4均匀加宽介质和非均匀加宽介质中增益饱和有什么不一样?分别对形成激光振荡模式有何影响?均匀加宽介质:随光强增加增益曲线会展宽。
激光考试题及答案
激光考试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 激光的产生是基于哪种物理现象?A. 光电效应B. 康普顿散射C. 受激辐射D. 黑体辐射答案:C2. 以下哪种材料常用于制造激光器的增益介质?A. 氖气B. 氩气C. 红宝石D. 石英答案:C3. 激光的相干性主要取决于哪种特性?A. 单色性B. 亮度C. 单向性D. 相位答案:D4. 激光的波长范围通常在哪个区间?A. 微波B. 红外线C. 可见光D. X射线答案:C5. 以下哪种激光器属于固体激光器?A. He-Ne激光器B. CO2激光器C. Nd:YAG激光器D. 染料激光器答案:C6. 激光冷却技术中,通常使用的是哪种类型的激光?A. 连续波激光B. 脉冲激光C. 单频激光D. 多频激光答案:B7. 以下哪种激光器可以实现超短脉冲输出?A. 光纤激光器B. 半导体激光器C. 固体激光器D. 气体激光器答案:A8. 激光在医学领域的应用不包括以下哪项?A. 眼科手术B. 肿瘤治疗C. 皮肤美容D. 核反应堆控制答案:D9. 激光测距的基本原理是什么?A. 多普勒效应B. 光的干涉C. 光的衍射D. 光的反射答案:D10. 以下哪种激光器不属于高功率激光器?A. 光纤激光器B. 化学激光器C. 半导体激光器D. 固体激光器答案:C二、填空题(每题2分,共20分)11. 激光的全称是________。
答案:受激辐射光放大12. 激光的三个主要特性是________、________和________。
答案:单色性、相干性和方向性13. 激光器的工作原理基于________效应。
答案:受激辐射14. 激光器的增益介质可以是________、________或________。
答案:固体、气体、液体15. 激光冷却技术中,常用的激光类型是________激光。
答案:脉冲16. 激光在工业加工中的主要应用包括________、________和________。
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。
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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) 30ns
7. 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。
其发光波长为。
(A) 1.064μm (B)1.30μm (C)1.55μm (D)1.65μm
8. 在采用双包层泵浦方式的高功率光纤放大器中,信号光在中传输。
(A)纤芯(B)包层(C)纤芯与包层(D)包层中(以多模)9. 脉冲透射式调Q开关器件的特点是谐振腔储能调Q,该方法俗称。
(A)漂白(B)腔倒空(C)锁模(D)锁相
10. 惰性气体原子激光器,也就是工作物质为惰性气体如氩、氪、氙、氖等。
这些气体除氙以外增益都较低,通常都使用氦气作为辅助气体,借以。
(A)降低输出功率(B)提高输出功率C)增加谱线宽度(D)减小谱线宽度
二、填空题 (每小题 3 分,共 30 分)
1. 在2cm3空腔内有一带宽为1×10-4μm,波长为0.5μm的跃迁,此跃迁的频率范围是120 GHz。
2. 稳定球面腔与共焦腔具有等价性,即任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价,而任何一个球面腔唯一的等价于一个共焦腔。
3. 在980nm光波的泵浦下,掺Er3+磷酸盐光纤对波长为1532nm光波的增益系数可达2dB/cm,相应介质极化率虚部为4×10-5。
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4. 被动锁模是一种连续波锁模技术,图3是某被动锁模激光器的连续波与锁模功率谱,其中曲线 2 为连续波功率谱曲线。
图3 图4
5. 图4为某超短脉冲激光器脉宽测量原理图,待测锁模激光器输出激光经6m 长的标准单模光纤跳线连接到自相关仪。
测得结果为1.76ps ,已知锁模激光器输出激光中心波长为1535nm ,FWHM 宽度为 1.6nm ,标准单模光纤的色散系数为16ps/nm/km ,则待测超短脉冲激光脉宽为 1.6 ps 。
6. 超声波在声光介质中传波时会引起介质密度呈疏密交替的变化,其折射率也发生相应地变化,故超声波作用的这部分介质即可视为一等效的“相位光栅”,光栅周期等于 超声波 波长。
7. 基于可饱和吸收体被动式调Q 器件的机理是在开始阶段,腔内光强很小,可饱和吸收体的光透过率很低,处于低Q 值,不能形成振荡。
当腔内光强达到一定值时,可饱和吸收体的吸收达到饱和,突然被 漂白 而变得透明,这时腔内Q 值猛增,产生巨脉冲激光振荡。
8. 图5是光放大器等效电路图,图中Ps 为入射信号光功率,G 为放大器增益,P 为出射信号光功率,则(1)中的表达式为 GP s 。
图5 9.横模选择技术是指从振荡模式中选出 TEM 00 模。
10. 在光电子技术中,常用dBm 作为光功率的单位,0.1mW 的光功率对应 -10 dBm 。
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三、简答题 (每小题 5
分,共 10 分) 1. 当脉冲激光入射单模光纤FP 腔时,其输出有何特性?有何应用? 答:当脉冲激光入射单模光纤FP 腔时,其输出具有衰荡特性,其时间常数与腔内损耗有关,可用作压力传感器。
当考虑单模光纤应力双折射效应时,其衰荡过程包含有拍现象,可用来产生微波
/毫米信号。
2. 简述均匀加宽激光器中的模式竞争现象。
答:在均匀加宽情况下,由于增益饱和作用,满足阈值条件的几个纵模,在振荡过程中相互竞争,结果使最靠近中心频率的那个模形成稳定振荡,其他纵模都被抑制而熄灭,这一现象称为纵模竞争。
A 卷第4页共 6 页 四、计算题 (每小题 10 分,共 30 分) 1. 光波长为λ=3.14μm 的高斯光束在某点处q 参数为q=2+i(m), 计算此处的等相位面曲率半径R 及光斑半径w 。
2. 某激活介质的峰值发射截面为10-14 m 2,谐振腔长L =10cm ,单程损耗率δ= 0.01。
试求阈值反转粒子数密度。
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3. 已知某均匀加宽二能级(21f f =)饱和吸收染料在其吸收谱线中心频率0ν=69
4.3nm 处的吸收截面-1628.110cm σ=⨯,其上能级寿命1222210s τ-=⨯,试求此染料的饱和光强s I 。
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