华科考研激光原理2014真题

《激光原理》本科期末考试试卷及答案

系、班姓名座号………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………华中科技大学2012年《激光原理》期末试题(A)题号一二三四总分复核人得分评卷人一. 填空: （每孔1分，共17分）1. 通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值高。

2. Nd:Y AG 激光器可发射以下三条激光谱线 946 nm 、 1319 nm 、 1064 nm 。

其中哪两条谱线属于四能级结构 1319 nm 、 1064 nm 。

3. 红宝石激光器属于 3 几能级激光器。

He-Ne 激光器属于 4 能级激光器。

4. 激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和相干性好5. 激光器的基本组成部分激活物质、激光谐振腔、泵浦源。

6. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为阈值增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率相等.7. 调Q 技术产生激光脉冲主要有锁模、调Q 两种方法。

二、解释概念：（共15分，每小题5分）(选作3题)题号一二三合计得分1. 基模高斯光束光斑半径：激光光强下降为中心光强21e点所对应的光斑半径.2. 光束衍射倍率因子光束衍射倍率因子=角基膜高斯光束远场发散基膜高斯光束束腰半径实际光束远场发散角实际光束束腰半径⨯⨯3. 一般稳定球面腔与共焦腔的等价关系：一般稳定球面腔与共焦腔的等价性：任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价；任何一个稳定球面腔唯一地等价于一个共焦腔。

三、问答题：（共32分，每小题8分）题号一二三四合计得分1. 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组()()()()　Rll l l l N N n f f n dt dN nn n n n A n W n s n dt dn S n S A n N n f f n dt dn A S n W n dtdn τυννσυννσ-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-==++++-=++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+-=021112203213030010103232121202111222313230303,,W 03A 03S 03S 32S 21A 21W 21W 12 E 3E 2E 1E 0系、班姓名座号………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………2. 一两块球面镜组成的直腔，腔长为L ，球面镜的曲率半径分别为R 1和R 2，写出其往返矩阵的表达式。

华中科技大学激光原理试题答案

1. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。

2. 反兰姆凹陷：在饱和吸收稳频中，把吸收管放在谐振腔内，并且腔内有一频率为ν1的模式振荡，若ν1 ≠ν0，购正向传播的行波及反向传播的行坡分别在吸收曲线的形成两个烧孔。

若ν1 ＝ν0 ，刚正反向传播的行波共同在吸收曲线的中心频率处烧一个孔。

若作出光强一定时吸收系数和振荡频率的关系曲线，则曲线出现凹陷，激光器输出功率出现一个尖锐的尖峰。

什么是激光工作物质的纵模和横模烧孔效应？他们对激光器工作模式的影响。

在非均匀加宽工作物质中，频率为v 1的强光只在v 1附近宽度约为I I v sv H 11+∆的范围内引起反转集聚数饱和，对表观中心频率处在烧孔范围外的反转集聚数没有影响。

若有一频率V 的弱光同时入射，如果频率V 处在强光造成的烧孔范围之内，则由于集聚数反转的减少，弱光增益系数将小于小信号增益系数。

如果频率V 在烧孔范围之外，则弱光增益系数不受强光的影响，、而仍等于小信号增益系数。

所以在增益系数-频率曲线上，频率为v 1处产生一个凹陷。

此现象称为增益曲线的烧孔效应。

烧孔效应一般使激光器工作于多纵模和多横模的情况，不利于提高光的相干性但有利于增加光的能量或功率。

20.激光器的谐振腔由一面曲率半径为1m 的凸面镜和曲率半径为2m 的凹面镜组成，工作物质长0.5m ，其折射率1.52，求腔长L 在什么范围内是稳定腔？解：设两腔镜1M 和2M 的曲率半径分别为1R 和2R ，121,2R m R m =-=,工作物质长0.5l m =，折射率 1.52η=根据稳定条件判据: 120(1)(1)1L L R R ''<--<即0(1)(1)1(1)12L L ''<--<- 其中()(2)l L L l η'=-+由(1)式解得12m L m '<<，由(2)式得10.5(1)0.171.52L L L ''=+⨯-=+ 结合(1)(2)式得 1.17 2.17m L m <<21.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。

华科激光原理考研题2002-2014(汇总)

华科考研激光原理2002--2014真题2014年一.解释题1.描述自然加宽和多普勒加宽的成因，说明他们属于什么加宽类型。

(15)2.描述一般稳定腔和对称共焦腔的等价性。

(15)3.增益饱和在连续激光器稳定输出中起什么作用？谱线加宽是怎样影响增益饱和特性的？(15)4.说明三能级系统和四能级系统的本质区别，哪个系统更容易形成粒子数反转，为什么?(15)二．解答题1. 一个折射率为η,厚度为d 的介质放在空气中，界面是曲率半径为R 的凹面镜和平面镜。

（1）求光线从空气入射到凹面镜并被凹面镜反射的光线变换矩阵。

（2）求光线从凹面镜进入介质经平面镜反射再从凹面镜射出介质的光线变换矩阵。

（3）求光线从凹面镜进入介质再从平面镜折射出介质的光线变换矩阵。

(25)2. 圆形镜共焦腔的腔长L=1m ，（1）求纵模间隔q υ∆，横模间隔m υ∆,n υ∆. (2)若在增益阈值之上的增益线宽为60Mhz ，问腔内是否可能存在两个以上的纵模震荡，为什么？(25)3. 虚共焦型非稳腔的腔长L=0.25m ，由凹面镜M1和凸面镜M2组成，M2的曲率半径和直径为m R 12-=,cm a 322=,若M2的尺寸不变，要求从M2单端输出，则M1的尺寸为多少；腔的往返放大率为多少。

(20)4. 某连续行波激光放大器，工作物质属于均匀加宽型，长度是L ，中心频率的小信号增益为m G ，初始光强为0I 中心频率饱和光强为s I ，腔内损耗系数为i α (m i G <<α),试证明有：（20）sL L m I I I I I L G 00ln -+= (提示：I dz dI G i =-α, s m I I G +=1G 构造微分方程) 2013年一、简答：1.说出激光器的两种泵浦方式，并分别举个例子。

2.什么是空间烧孔？并说明对激光器模式的影响。

3.试写出二能级的速率方程。

并证明二能级不能产生自激震荡（设f1=f2）。

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为小信号增益曲线中大于阈值增益系数 Gt 的那部分曲线所对应的频率范围(振荡带宽)。 16.在激光谐振腔中一般有哪些损耗因素，分别与哪些因素有关？Page31-33 答：损耗因素(p28) 几何偏折损耗：衍射损耗：与腔的类型、腔的几何尺寸、模式有关。与腔的菲涅尔数、腔的几何参数、横模阶次有关。
L
，
为两球面镜 M1 , M 2 的距离， R1, R2 分别为 M1 , M 2 的曲率半径，当凹面镜向着腔内
时， R 取正值，当凸面镜向着腔内时， R 取负值。 20. 激光器的谐振腔由一面曲率半径为 1 m 的凸面镜和曲率半径为 2 m 的凹面镜组成，工作物质长 0.5 m ，其折射率 1.52，求腔长 L 在什么范围内是稳定腔？Page98 （5）解：设两腔镜 M 1 和 M 2 的曲率半径分别为 R1 和 R2 ， R1 1m, R2 2m , 工作物质长 l 0.5m ，折射率 1.52 根据稳定条件判据:
（ I 0 为初始光强， I1 为往返一周后光强）
L c
b)腔内光子的平均寿命： R c)品质因数： Q 2 R 2 长，品质因数越大。
L c
(2) 关系：腔的损耗越小，平均单程损耗因子越小，腔内光子的平均寿命越 18.什么是腔的菲涅尔数？它与腔的损耗有什么关系？Page33 答：菲涅尔数(p32)： N 言）。与腔的损耗关系(p32):衍射损耗随腔的菲涅尔数的减小而增大。
c c ；纵模间隔: q 2 L 2 L
osc 1 , osc q
2
q
2L q 2
。 q 为光在真空中的波长， L 为腔的光学长度， q
? 纵模的数目 :对于满足谐振条件频率为 q 的波，其纵模数目 N

《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______。

激光原理部分习题答案

第二章5）激发态的原子从能级E2跃迁到E1时，释放出m μλ8.0=的光子，试求这两个能级间的能量差。

若能级E1和E2上的原子数分别为N1和N2，试计算室温（T=300K ）时的N2/N1值。

【参考例2-1，例2-2】解：（1）J hcE E E 206834121098.310510310626.6---⨯=⨯⨯⨯⨯==-=∆λ （2）52320121075.63001038.11098.3exp ---∆-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯-==T k Eb e N N10）激光在0.2m 长的增益物质中往复运动过程中，其强度增加饿了30%。

试求该物质的小信号增益系数0G .假设激光在往复运动中没有损耗。

104.0*)(0)(0m 656.03.1,3.13.014.02*2.0z 0000---=∴===+=====G e e I I me I I G z G ZzG Z ααα即且解：第三章2．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=0.985，r 2=0.8。

求由衍射损耗及输出损耗分别引起的δ、τc 、Q 、∆νc (设n=1) 解：衍射损耗:1880107501106102262.).(.a L =⨯⨯⨯=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-⨯=⨯⨯=δ=τ输出损耗:1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ4.分别按图(a)、(b)中的往返顺序，推导旁轴光线往返一周的光学变换矩阵⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛D C B A ，并证明这两种情况下的)(21D A +相等。

（a ）（b ）解：矩阵乘法的特点：1、只有当乘号左边的矩阵（称为左矩阵）的列数和乘号右边的矩阵（右矩阵）的行数相同时，两个矩阵才能相乘；这条可记为左列=右行才能相乘。

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(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150０MH z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。

2013华中科技大学光学与电子信息学院839激光原理真题(回忆版)

2013华中科技大学光学与电子信息学院839激光原理真题（回忆版）
【本试题由热心网友“drsky”回忆，在此表示非常感谢，祝好人一生平安】
一、简答：
1.说出激光器的两种泵浦方式，并分别举个例子。

2.什么是空间烧孔？并说明对激光器模式的影响。

3.试写出二能级的速率方程。

并证明二能级不能产生自激震荡（设f1=f2）。

4.说出三种粒子跃迁的方式。

并给出各自的特点。

5.什么是增益饱和，在激光器增益中的作用。

二、
三、就是那个三个镜的三角环形腔，周版书上的原题，求腔的稳定性。

四、激光模式的匹配。

两个平凹腔，分别给出腔长和半径，先计算稳定性，再求透镜放在两腔之间什么地方以及透镜的焦距才能实现两高斯光速的匹配。

五、大信号增益。

（1）给出初始光强I0>> 饱和光强Is，和腔长L求输出光强；
（2）求极限光输出功率（单位输出面积的）。

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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1500MH ｚ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(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。

华中科技大学《激光原理》考研题库及答案

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为了帮助大家更好地应对华中科技大学《激光原理》的考研，我们精心准备了这份题库及答案，希望能为大家的复习之路点亮一盏明灯。

一、选择题1、以下关于激光的特点，错误的是（）A 方向性好B 单色性好C 相干性好D 能量分布均匀答案：D解析：激光具有方向性好、单色性好、相干性好的特点，但能量分布并不均匀，通常在光束中心处能量较高。

2、实现粒子数反转的必要条件是（）A 工作物质具有亚稳态B 激励能源足够强C 工作物质具有三能级结构D 工作物质具有四能级结构答案：A解析：要实现粒子数反转，工作物质必须具有亚稳态，这样才能使处于高能级的粒子数多于低能级的粒子数。

3、下列哪种激光器属于气体激光器（）A 红宝石激光器B 氦氖激光器C 半导体激光器D 染料激光器答案：B解析：氦氖激光器是常见的气体激光器，红宝石激光器是固体激光器，半导体激光器属于半导体激光器，染料激光器是液体激光器。

4、激光的纵模频率间隔与（）有关A 谐振腔长度B 工作物质的折射率C 激光波长D 以上都是答案：D解析：激光的纵模频率间隔与谐振腔长度、工作物质的折射率以及激光波长都有关系。

5、激光的阈值条件与（）有关A 增益系数B 损耗系数C 谐振腔长度D 以上都是答案：D解析：激光的阈值条件取决于增益系数、损耗系数和谐振腔长度等因素。

二、填空题1、激光产生的必要条件是________、＿_______和________。

答案：工作物质、激励能源、光学谐振腔2、激光的三个主要特性是________、＿_______和________。

答案：方向性好、单色性好、相干性好3、常见的固体激光器有________、＿_______等。

答案：红宝石激光器、Nd:YAG 激光器4、光学谐振腔的品质因数 Q 与谐振腔的________和________有关。

华中科技大学《激光原理》考研题库及答案

华中科技大学《激光原理》考研题库及答案1．试计算连续功率均为1W 的两光源，分别发射λ＝0.5000m ，ν=3000MHz的光，每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？答：粒子数分别为：188346341105138.21031063.6105.01063.61⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯==---λνc h q n 239342100277.51031063.61⨯=⨯⨯⨯==-νh q n2．热平衡时，原子能级E 2的数密度为n 2，下能级E 1的数密度为n 1，设21g g =，求：(1)当原子跃迁时相应频率为ν＝3000MHz ，T ＝300K 时n 2/n 1为若干。

(2)若原子跃迁时发光波长λ＝1，n 2/n 1＝0.1时，则温度T 为多高？答：（1）(//m n E E m mkTn nn g en g --=）则有：1]3001038.11031063.6exp[2393412≈⨯⨯⨯⨯⨯-==---kTh e n n ν（2）K T Te n n kT h 3623834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[⨯=⇒=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-==----ν3．已知氢原子第一激发态(E 2)与基态(E 1)之间能量差为1.64×l0－18J ，设火焰(T ＝2700K)中含有1020个氢原子。

设原子按玻尔兹曼分布，且4g 1＝g 2。

求：(1)能级E 2上的原子数n 2为多少？(2)设火焰中每秒发射的光子数为l08 n 2，求光的功率为多少瓦？答：（1）1923181221121011.3]27001038.11064.1exp[4----⨯=⨯⨯⨯-⨯=⇒=⋅⋅n n e g n g n kTh ν且202110=+n n 可求出312≈n（2）功率＝W 918810084.51064.13110--⨯=⨯⨯⨯4．(1)普通光源发射λ＝0.6000m 波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比q q 激自1=2000，求此时单色能量密度νρ为若干？(2)在He —Ne 激光器中若34/100.5m s J ⋅⨯=-νρ，λ为0.6328m ，设μ＝1，求q q 激自为若干？答：（1）3173436333/10857.31063.68)106.0(2000188m s J h h c q q ⋅⨯=⇒⨯⨯⨯=⇒=---ννννρρπρπλρνπ＝自激（2）943436333106.71051063.68)106328.0(88⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==---πρπλρνπννh h c q q ＝自激5．在红宝石Q 调制激光器中，有可能将全部Cr 3＋(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。

华科激光技术真题

华中科技大学二〇一四年招收硕士研究生入学考试试题考试科目：激光技术适用专业：光学工程光电信息工程一、简答题1、试述声光相互作用中拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射之间的区别。

（10分）2、试述超阈度D=i thn n ∆∆对调Q 激光器的峰值光子数密度、脉冲峰值功率、能量利用率、输出功率密度的影响（10分）3、声光调Q 激光器在输入功率不变得情况下，调制频率从1KHz 变为10KHz ，请问：激光脉冲重复率等参数如何变化？（10分）4、现有一台自饱和调Q 激光器，增加泵浦功率时，请问调Q 脉冲的峰值功率、脉冲宽度、激光脉冲重复率等参数如何变化？（10分）5、如何保证信号光经激光放大器后，脉冲宽度被压窄？（10分）二、现有一单轴晶体，x y o n n n ==，z e n n =，其电光系数矩阵为：63ij γ⨯⎡⎤⎣⎦，沿z轴加外电场，如果要同时满足晶体主轴不转动及不产生电光纵向强度调制，则电光系数矩阵各矩阵元至少要满足什么条件？（15分）三、某三能级PTM 调Q 激光器，激光波长01000nm λ=，谐振腔光学长度L=60cm ；工作物质长度l=10cm ，截面积S=1 2cm ，激活粒子浓度N= 193210cm -⨯ （12;n n N += 1n 为下能级粒子数，2n 为上能级粒子数），Q 开关关闭时泵浦光将0.77N 的粒子抽运到上能级，已知阈值反转粒子数0.1th n N ∆=，剩余反转粒子数0.04f n N ∆=，如果Q 开关是理想阶跃开关的话，请问Q 脉冲的脉冲能量、脉冲宽度以及激光器的超阈度分别是多少？（15分）（注1：普朗克常数346.610h J s -=⨯∙）（注2：题中提到的激光波长指真空波长）四、电光调Q 求半波电压，有一个求电光矢量的小问。

（10分）五、计算激光的增益系数（画图与增益，是课后原题；就是电光调Q 部分的）（10分）注意：五道题，都是一个参数改变，问激光的特性参数是否改变？怎样改变？华中科技大学二〇一三年招收硕士研究生入学考试试题考试科目：激光技术适用专业：光学工程光电信息工程一共五个计算题，每题十分，不难，只要背下公式，套公式即可解题。

激光原理习题答案1~3章

第一章激光的基本原理习题2．如果激光器和微波激射器分别在=10μm λ、=500nm λ和=3000MHz ν输出1W 连续功率，问每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？解：若输出功率为P ，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则：由此可得：其中346.62610J s h -=⨯⋅为普朗克常数，8310m/s c =⨯为真空中光速。

所以，将已知数据代入可得：=10μm λ时：19-1=510s n ⨯ =500nm λ时：18-1=2.510s n ⨯ =3000MHz ν时：23-1=510s n ⨯3．设一对激光能级为2E 和1E (21f f =)，相应的频率为ν(波长为λ)，能级上的粒子数密度分别为2n 和1n ，求(a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时，21/?n n = (b) 当λ=1μm ，T=300K 时，21/?n n = (c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时，温度T=？解：当物质处于热平衡状态时，各能级上的粒子数服从波尔兹曼统计分布：(a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时：(b) 当λ=1μm ，T=300K 时：cP nh nh νλ==P P n h hcλν==2211()exp exp exp n E E h hc n KT KT K T νλ-⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-=-=- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦3492231 6.62610310exp 11.3810300n n --⎛⎫⨯⨯⨯=-≈ ⎪⨯⨯⎝⎭34822361 6.62610310exp 01.381010300n n ---⎛⎫⨯⨯⨯=-≈ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭(c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时：6．某一分子的能级4E 到三个较低能级1E 、2E 和3E 的自发跃迁几率分别是7-143510s A =⨯，7-142110s A =⨯和7-141310s A =⨯，试求该分子4E 能级的自发辐射寿命4τ。

激光原理部分习题答案

第二章5）激发态的原子从能级E2跃迁到E1时，释放出m μλ8.0=的光子，试求这两个能级间的能量差。

若能级E1和E2上的原子数分别为N1和N2，试计算室温（T=300K ）时的N2/N1值。

【参考例2-1，例2-2】解：（1）J hcE E E 206834121098.310510310626.6---⨯=⨯⨯⨯⨯==-=∆λ （2）52320121075.63001038.11098.3exp ---∆-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯-==T k Eb e N N10）激光在0.2m 长的增益物质中往复运动过程中，其强度增加饿了30%。

试求该物质的小信号增益系数0G .假设激光在往复运动中没有损耗。

104.0*)(0)(0m 656.03.1,3.13.014.02*2.0z 0000---=∴===+=====G e e I I me I I G z G ZzG Z ααα即且解：第三章2．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=0.985，r 2=0.8。

求由衍射损耗及输出损耗分别引起的δ、τc 、Q 、∆νc (设n=1) 解：衍射损耗:1880107501106102262.).(.a L =⨯⨯⨯=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-⨯=⨯⨯=δ=τ输出损耗:1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ4.分别按图(a)、(b)中的往返顺序，推导旁轴光线往返一周的光学变换矩阵⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛D C B A ，并证明这两种情况下的)(21D A +相等。

（a ）（b ）解：矩阵乘法的特点：1、只有当乘号左边的矩阵（称为左矩阵）的列数和乘号右边的矩阵（右矩阵）的行数相同时，两个矩阵才能相乘；这条可记为左列=右行才能相乘。