激光原理与技术期末复习试题含答案(重修用)

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学2012-2013学年第1学期 重新学习 考试课程名称：_激光原理与技术_ 考试形式： 考试日期： 2013年1月 14日 考试时长：120分钟 本试卷试题由_____部分构成，共_____页。

一、选择题（共20分，共 10题，每题2 分）1. 下列哪个实验不能反映光的量子性： 。

A. 黑体辐射B. 光电效应C. 牛顿环D. 普朗克散射 2. 关于激光振荡，下列哪种说法是正确的： 。

A. 集居数反转是激光振荡的充分条件； B. 只有驻波腔才能产生激光振荡； C. 集居数反转是激光振荡的必要条件； D. 激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。

3. 与普通光源相比，下列哪一个不是激光的特性： 。

A. 相干性好B. 光子简并度高C. 同一模式内光子数多D. 功率高 4. 对于开放光学球面两镜腔，下列哪一个不是谐振腔稳定性条件： 。

A. ()1112A D -<+< B. 121111L L R R ⎛⎫⎛⎫-<--< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ C. 120111L L R R ⎛⎫⎛⎫<--< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭D. 1201g g <<5. 下列哪一个参数与谐振腔的损耗有关： 。

A. 腔内光子平均寿命B. 受激发射截面C. 上能级寿命D. 谐振腔共焦参数 6. 下列哪种加宽不属于均匀加宽： 。

A. 自然加宽B. 晶格缺陷加宽C. 碰撞加宽D. 晶格振动加宽………密………封………线………以………内………答………题………无………效……7. 关于受激发射截面，下面表述哪一个是错误的： 。

A. 是具有面积量纲的物理量 B. 与入射光频率有关 C. 是原子横截面的面积D. 受激跃迁速率与受激发射截面成正比8. 激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关： 。

A. 小信号增益B. 自然加宽谱线宽度C. 受激发射截面D. 谐振腔损耗 9. 在KDP 晶体的纵向电光调制中，半波电压与下列哪个参数无关： 。

A. 晶体尺寸 B. 激光波长 C. 晶体电光系数 D. 晶体折射率10. KDP 晶体沿z 轴加电场时，由单轴晶体变成双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z 轴旋转了 。

A. 45° B. 60° C. 90° D. 180°20分，共 20空，每空1 分）1. 在光与物质的三种相互作用中， 是产生激光的主要机制，而 所产生的光为非相干光。

2. 在三维空腔中，模式数目与频率的 成正比，这个现象称为 。

3. 任何一个共焦腔可以与 个稳定球面镜腔等价，而任何一个稳定球面镜腔只能有 个等价共焦腔。

4. 在 近似下，高斯光束是赫姆霍兹方程的解。

5. 在采用KDP 晶体的纵向电光调制系统中，使用 波片使得通过晶体后的两偏振分量产生附加相位差为 ，使调制器工作在T=50%的偏置点上。

6. 在布拉格声光衍射中，只有入射角i θ等于布拉格角B θ时，在声波面上衍射的光波才满足 条件，得到衍射极值。

7. 在常规调Q 激光器中，当谐振腔损耗很高时，激光器不能振荡，增益介质中的 不断增大并达到极大值，而后瞬间 谐振腔的Q 值，激光器起振并输出巨脉冲。

8. 可饱和吸收体是一种非线性吸收介质，在较强激光作用下，其 随光强的增加而减小直至饱………密………封………线………以………内………答………题………无………效……和，利用该特性可将其作为调Q元件。

9. 锁模激光器的输出脉冲周期等于，脉冲宽度于被锁定的纵模数量。

10. 被动锁模激光器中，由不规则脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段：线性放大阶段、、。

11. 用于倍频、差频、和频、光学参量振荡的晶体都是很大的晶体；为获得高效的倍频，必须满足匹配条件。

三、简答题（共10分）1．写出激光的自激振荡条件。

(4分)2．写出声光体调制器的三个主要组成部分。

(3分)3．列举三种实现调Q的方式。

(3分)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……四、简述题（共30分）1．画出三能级和四能级系统的能级结构图，说明为什么四能级系统更容易实现粒子数反转。

(10分) 2．画出带偏振器的电光调Q激光器的结构图，并简述其工作原理。

(10分)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……3．评述均匀加宽与非均匀加宽的本质区别，说明均匀加宽激光器易获得单纵模振荡的原因（不考虑空间烧空效应）。

(10分)五、计算证明题（共20分）1．证明：在判别谐振腔稳定性时，对长度为l，折射率为η的增益介质棒，可等效成长度为/lη的自由空间。

(5分)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……2．如图所示，波长为λ=1μm的激光器，全反射镜的曲率半径R=0.4m，距离全反射镜a=0.1m处放置长为b=75mm的介质棒，其折射率η=1.5，棒的左右通光面上镀增透膜，介质棒的右端面到输出镜的距离c=50mm，输出镜的厚度不计。

（15分）全反镜输出镜R2=¥1）判别腔的稳定性；2）求输出镜上的光斑半径；3）在距输出镜d=0.2m处放置F=0.1m薄透镜，求经透镜变换后的光腰半径和位置。

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学2012-2013学年第1学期 重新学习 考试课程名称：_激光原理与技术_ 考试形式： 考试日期： 2013年1月 14日 考试时长：120分钟 本试卷试题由_____部分构成，共_____页。

一、选择题（共20分，共 10题，每题2 分）1. 下列哪个实验不能反映光的量子性： C 。

A. 黑体辐射 B. 光电效应 C. 牛顿环 D. 普朗克散射2. 关于激光振荡，下列哪种说法是正确的： C 。

A. 集居数反转是激光振荡的充分条件； B. 只有驻波腔才能产生激光振荡； C. 集居数反转是激光振荡的必要条件； D. 激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。

3. 与普通光源相比，下列哪一个不是激光的特性： D 。

A. 相干性好B. 光子简并度高C. 同一模式内光子数多D. 功率高 4. 对于开放光学球面两镜腔，下列哪一个不是谐振腔稳定性条件： B 。

A. ()1112A D -<+< B. 121111L L R R ⎛⎫⎛⎫-<--< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ C. 120111L L R R ⎛⎫⎛⎫<--< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭D. 1201g g <<5. 下列哪一个参数与谐振腔的损耗有关： A 。

A. 腔内光子平均寿命B. 受激发射截面C. 上能级寿命D. 谐振腔共焦参数 6. 下列哪种加宽不属于均匀加宽： B 。

A. 自然加宽B. 晶格缺陷加宽C. 碰撞加宽D. 晶格振动加宽………密………封………线………以………内………答………题………无………效……7. 关于受激发射截面，下面表述哪一个是错误的： C 。

A. 是具有面积量纲的物理量 B. 与入射光频率有关 C. 是原子横截面的面积D. 受激跃迁速率与受激发射截面成正比8. 激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关： D 。

A. 小信号增益B. 自然加宽谱线宽度C. 受激发射截面D. 谐振腔损耗 9. 在KDP 晶体的纵向电光调制中，半波电压与下列哪个参数无关： A 。

A. 晶体尺寸 B. 激光波长 C. 晶体电光系数 D. 晶体折射率10. KDP 晶体沿z 轴加电场时，由单轴晶体变成双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z 轴旋转了 A 。

A. 45° B. 60° C. 90° D. 180°20分，共 20空，每空1 分）1. 在光与物质的三种相互作用中， 受激辐射 是产生激光的主要机制，而 自发辐射 所产生的光为非相干光。

2. 在三维空腔中，模式数目与频率的 平方 成正比，这个现象称为 频谱浓缩 。

3. 任何一个共焦腔可以与 无穷多 个稳定球面镜腔等价，而任何一个稳定球面镜腔只能有 一 个等价共焦腔。

4. 在 旁轴 近似下，高斯光束是赫姆霍兹方程的解。

5. 在采用KDP 晶体的纵向电光调制系统中，使用 四分之一 波片使得通过晶体后的两偏振分量产生附加相位差为 π/2 ，使调制器工作在T=50%的偏置点上。

6. 在布拉格声光衍射中，只有入射角i θ等于布拉格角B θ时，在声波面上衍射的光波才满足 相干加强 条件，得到衍射极值。

7. 在常规调Q 激光器中，当谐振腔损耗很高时，激光器不能振荡，增益介质中的 反转粒子数 不断增大并达到极大值，而后瞬间 增大 谐振腔的Q 值，激光器起振并输出巨脉冲。

8. 可饱和吸收体是一种非线性吸收介质，在较强激光作用下，其 吸收系数 随光强的增加而减小直至………密………封………线………以………内………答………题………无………效……饱和，利用该特性可将其作为 被动 调Q 元件。

9. 锁模激光器的输出脉冲周期等于 谐振腔环程时间 ，脉冲宽度 反比 于被锁定的纵模数量。

10. 被动锁模激光器中，由不规则脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段：线性放大阶段、非线性吸收阶段 、 非线性放大阶段 。

11. 用于倍频、差频、和频、光学参量振荡的晶体都是 非对称性 很大的晶体；为获得高效的倍频，必须满足 相位 匹配条件。

三、简答题（ 共10分）1．写出激光的自激振荡条件。

(4分) 答：()()12022,1,2,3,...(2)ln (2)kl q q r r G l πα⎧==⎪⎛⎫⎨=+- ⎪⎪⎝⎭⎩分分2．写出声光体调制器的三个主要组成部分。

(3分)答：声光介质（1分），电声换能器（1分），吸声装置（1分）。

3．列举三种实现调Q 的方式。

(3分)答：电光调Q （1分），声光调Q （1分），被动可饱和吸收调Q （1分）。

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……四、简述题（ 共30分）1．画出三能级和四能级系统的能级结构图，说明为什么四能级系统更容易实现粒子数反转。

(10分) 答：三能级和四能级系统的能级结构图分别如下图所示：（3分）（3分）（三能级） （四能级）三能级系统的激光下能级为基态能级，正常情况下基态能级集中了几乎所有的粒子数，需要将至少一半的粒子泵浦到高能级，而后再弛豫到激光上能级才能形成粒子数反转。

…………………(2分) 四能级系统的激光下能级粒子数可近似为0，有少量粒子泵浦到激光上能级即可形成粒子数反转，因而比三能级系统要容易的多………………………………………………………(2分)2．画出带偏振器的电光调Q 激光器的结构图，并简述其工作原理。