中国海洋大学激光原理期中考试D卷

物理2002级激光原理和技术期中考试卷(D) （31/10/2005）姓名：
1. 下列哪些量与光子简并度有相同的含义。

[A]处在同一相格的光子数；[B]处于单位体积内的光子状态数；[C]具有同一
频率的光子数；[D]处于相干体积内的光子数。

[4]
2. 相干长度为1km的He-Ne激光器的单色性∆λ/λ为6x10-10; 当相干长度达到2km时，其单色性应是: [A] 6x10-10; [B]
3x10-10；[C] 1.2x10-9；[D] 2x10-10。

[4]
3. Examples of real radiation sources with spectral energy distributions close to the Planck distribution are [A] spectral lamps
which emit discrete spectra, [B]the bright tungsten wire of a light bulb, [C] the sun, [D] lasers. [4]
4. 如果工作物质的某一跃迁波长为100nm的远紫外光，自发跃迁几率A
10
等于105 S-1，该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B10是多少？[4]
5. 在上题中，为使受激跃迁几率比自发跃迁几率大三倍，腔内的单色能量密度ρ应为多少？[4]
6. In the visible part of the spectrum (λ = 500 nm; ν = 6 x 1014 s-1), the number of modes per unit volume within the Doppler width
of a spectral line (∆ν=109 s-1) is [A] 6x1014 m-3; [B] 6x108 m-3; [C] 3x1014 m-3; [D] 3x108 m-3. [4]
7. For a typical life time of τ = 1 ms, the natural line width ∆ν
n
becomes [A] 160Hz; [B] 16Hz; [C] 100Hz; [D] 10Hz. [4]
8. He-Ne激光器的3S2-3P4跃迁波长为3.39μm，Ne 的原子量M = 20，温度为400K时它的多普勒线宽∆ν
D
为: [A] 1.52 GHz; [B] 280 MHz; [C] 830 MHz. [4]
9. 已知一普通光源的相干面积为(∆x)2=(λ/∆θ)2，相干长度为L c= c/∆ν，写出距光源R处的相干体积。

[4]
10. 写出对称共焦腔和对称共心腔在稳区图上的位置（g1,g2）. [4]
11. 某一激光器用平凹稳定腔，工作一段时间后，平面反射镜因热形变而轻微向腔内凸起，这时的腔将是[A]稳定腔；[B]
非稳定腔；[C]临界腔。

[4]
12. 判断黑板上各共轴球面腔（A, B, C, D）的稳定性（稳定腔/非稳定腔/临界腔）。

[4]
13. 腔长为108cm，两腔镜的反射率r1、r2分别为100%和97%。

若忽略腔内其它损耗，则光子在腔中的平均寿命
τR约为[A] 2.4x10-7s; [B] 0.28μs; [C] 0.36μs; [D] 4.0x10-7s. [4]
14. 已知高斯光束的波长λ为1.06μm,束腰斑半径ωo为1mm, 写出距束腰20cm 处光束的复参数q的值。

[4]
15. 已知入射高斯光束在透镜前表面的q参数为q1，写出通过透镜（焦距为f）后的高斯光束在透镜后表面的q参数q2。

[4]
16. F or the Lymann a line (2P → 1S transition in the H atom) in a discharge with temperature T = 1000 K, M = 1, λ = 121.6nm, ν
=
2.47 x 1015 s-1, the Doppler width∆λD is [A] 1.9x10-2 nm; [B] 10-3 nm; [C] 2.8x 10-3 nm. [4] 17. 由F-P扫描干涉仪测出腔长为25cm的He-Ne激光管的纵模如图所示，
由∆x q = 0.4 ms, ∆x c =0.1ms，求得这些纵模的线宽∆νc为[A] 120 MHz;
x c
[B] 125 MHz; [C] 150 MHz; [D] 156 MHz. [4]
18. 设圆形镜共焦腔长L=1m，若振荡阈值以上的增益线宽为80 MHz，判断可能存在几个振荡频率。

[A] 两个; [B] 3个;
[C] 4个; [D] 只有1个. [4]
19. 腔长为50 cm的He-Ne平凹腔激光器，波长为632.8nm，腔镜曲率半径为1m，求凹面镜上光斑的半径. [4]
20. 计算上题中的基模远场发散角θ。

[4]
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，如激光腔中充满增益系数为g的介质，未得到振荡，g应为多少？[10]
R
22. 填出下表中激光频率（或光子能量）的不同表示方法间的换算关系[10]
其中cm-1表示单位长度（厘米）中的波数。

计算时取e = 1.6021⨯10-19 C（即1eV = 1.6021⨯10-19 J），h = 6.6256⨯10-34 J.s。

23. 月球距地球表面3.8x105 km，用波长为514.5nm的激光束照射月球表面，当光束发散角θ
为1.0x10-3rad时, 月球表面被照
亮的面积为多少? 当光束发散角θ0为1.0x10-6rad时，被照亮的面积又为多少？两种情况下，光腰半径各为多大？[10] 24. 用一双透镜系统对波长为10.6μm的高斯光束聚焦，入射光束腰半径为3mm，离第一透镜的距离为2cm，如果第一透镜
和第二透镜的焦距分别为2cm和5cm，两镜间的距离为32cm，求出射光束腰的位置和半径。

[15]
25. 在一个腔镜口径为a的对称稳定腔中，使用标准的高斯光束表达式，粗略计算从腔镜边缘逸出能量所造成的损耗。

[15]
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。