激光原理复习资料

一、选择题

1. 在光和原子体系的相互作用中，自发辐射和受激吸收总是（D ）存在的。

A.. 都不

B. 不同时

C. 一种或两种

D.同时

2. 在共轴球面谐振腔，如果腔体是稳定的，则腔需要满足的是（A ）

A. 1021<

B. 121>g g

C. 0g 12121==g g g 或

D. 121

3. 对称共焦腔的1D A 2

1-=+）（，就稳定性而言，此对称共焦腔是（A ） A.稳定腔 B.非稳定腔 C.混合腔 D.任意腔

4. 半导体发光二极管发出的光是（C ）

A.自然光

B. 激光

C. 荧光

D.任意光

5. 以下那个不是激光武器所具有的优点（B ）

A.无需进行弹行计算

B.有小的后座力

C.操作简便，移动灵活，使用范围广

D.污染，消费比高

6.以下哪个过程能实现激光的光放大（C ）

A.受激吸收

B.自发辐射

C.受激辐射

D.自发辐射和受激辐射

7.四价的本征导体Si ，Ge 等，掺入少量三价的杂志元素（如B ，Ga ，Ze 等）

形成空穴为（D ）

A.绝缘体

B.导体

C. n 型导体

D.P 型半导体

8.以下不是激光器的基本组成部分的是（B ）

A.工作物质

B.谐振腔

C.泵浦原

D.发光二极管

二、填空题

1.激光器的基本组成包括工作物质、谐振腔、泵浦原.

2.激光器按工作物质可以分为固体激光器、气体激光器、染料激光器、半导体激光器。

3.在现代的激光器中，第一台激光器红宝石激光器是三能级系统，钕玻璃激光器是四能级系统。

4.产生激光的必要条件是实现粒子反转。

5.激光的四个特性分别是方向性、单色性、高亮度、相干性。

6.激光的调制技术按调制的物理效应可以分为电光调制、声光调制、磁光调制。

7.激光武器的杀伤机理是烧灼效应、激波效应、辐射效应。

8.调Q技术产生激光脉冲主要有锁模、调Q两种方法，调Q激光器通常可以获得ns量级，锁模有主动锁模和被动锁模两种锁模方式。

9.固体激光器主要的泵浦源有氪灯泵浦、高效脉冲氙灯泵浦等。

10.爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用作用主要有三个过程，分别是自发辐射、受激吸收、受激辐射。

11.第一台激光器是红宝石激光器。

12.谐振腔的品质因数Q是用来衡量腔的储存信号的能力；阈值条件是形成激光的充分必要条件。

13.通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器的泵浦阈值要高。

14.红宝石激光器属于3能级激光器，He-Ne激光器属于4能级激光器。

15.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。

16.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

光子速率和产生激光光子速率相等。

17.激光器的基本组成部分激光物质、激光谐振腔、泵浦源。激光产生条件：

①.有提供放大作用的增益介质；②粒子数反转；③有光学谐振腔。其中光学

谐振腔的作用为提高光的方向性、加长光在增益介质中行进的路径以提高光

能密度、形成共振产生的模提高相干性。

18.具有合适的能级结构和跃迁特性的原子结构，才能实现粒子数反转。

19.产生激光的工作物质包括（激活粒子）和（基质）。

20.二氧化碳激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是提高激光上能级的激

光效应；氦气的作用有助于激光下能级的抽空。

21.粒子数反转分布状态微观粒子满足负温度分布。

三、简答题

1.何谓受激吸收、自发辐射、受激辐射？哪个过程能实现光放大？

答：受激吸收就是处于低能态的原子吸收外界辐射而跃迁到高能态；自发

辐射是指高能态的原子辐射出光子并跃迁到低能态；受激辐射是指处于高能

级的原子在光子的“刺激”或者“感应”作用下跃迁到低能级，并辐射出一

个和入射光同样频率的光子。受激辐射过程能实现光放大。

2.共轴球面谐振腔的稳定条件是什么？

答：共轴球面谐振腔的稳定条件：旁轴光线能在腔内往返多次而不横向逸

出腔外，即 1/))((g 0212121<--=

3.简述光学谐振腔的主要组成部件和作用？

答：光学谐振腔的主要组成部分是两个互相平行的并与激活介质轴线垂直的

反射镜，有一个是全反镜，另一个是部分反射镜。

光学谐振腔的作用：使激光具有极好的方向性（沿轴线）；增强光放大作用（相

当于延长了工作物质）；使激光具有极好的单色性（选频）。

4.何谓半导体激光器？其一般的结构组成是什么？

答：半导体激光器即为激光二极管，记作LD ，它是前苏联科学家H ?T 巴索

夫于1960年发明的，半导体激光器的结构通常由P 层，N 层和形成双异质结

的有源层构成。

5.对激光器进行分类，按工作物质可以分为大体的四类，试说明这四类

激光器的特点？

答：固体激光器则正好相反，能量高，输出功率大，但工作物质种类较少，

而且单色性差；气体激光器的单色性强，如He-Ne 激光器的单色性比普通光

源要高1亿倍，而且气体激光器工作物质种类繁多，因此可产生许多不同频

率的激光。但是由于气体密度低，激光输出功率相应较小；液体激光器的特

点是激光的波长可以在一定范围内连续变换，这种激光器特别适合于对激光

波长有着严格要求的场合；半导体激光器的特点是，体积小、重量轻、结构

简单，但输出的功率小，单色性也较差。

6.什么是激光存储技术？

答：激光存储技术是利用激光来记录视频，音频，文字资料及计算机信息的

一种技术，是信息化时代的支撑技术之一。

7.何谓激光器的阈值条件？

答：激光器的阈值条件为：l δ

>m jG （m G 称为阈值增益，产生激光的最小

增益）。

8.半导体发光二极管和半导体激光器的区别？

答：半导体发光二极管和半导体激光器类似，也是一个PN结，也是利用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体发光二极管记作LED，是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层，以及中间的由双层异质形成的有源层组成，有源层是发光区，其厚度为0.1~0.2um左右。

9.请简单比较常见的激光器（工作物质、能级特点、激励方式、应用范围）。

答：（1）固体激光器：工作物质：掺杂离子的绝缘晶体或玻璃；泵浦方式：光泵浦激励；特点：输出能量大；峰值功率高；结构紧凑牢固耐用；应用范围：工业，国防，科研等，如焊接，全息照相，激光测距，雷达等；分类：红宝石激光器，钕玻璃激光器，掺钕钇铝石榴石（YAG）。红宝石激光器：它的吸收光谱特性只要取决于Gr3+,是典型的三能级系统；YAG激光器：激活粒子是钕离子（Nd3+），是典型的四能级系统。（2）液体激光器主要有染料激光器，工作物质：有机染料溶液；能及结构：准连续态能级结构，每一个单态都对应有一个三重态；泵浦方式：光泵浦激励；优点：输出光波可调谐；激光脉冲宽度很窄；输出功率大；光学质量优良；应用范围：光化学，光生物学，同位素分离，全息照相，光通信；（3）气体激光器：工作物质：气体或者蒸气；泵浦方式：共振转移; 优点：输出光束质量好（单色性，相干性，方向性及稳定性）；应用范围：工农业生产，国防，科研；分类：He-Ne激光器，CO2激光器和Ar3+离子激光器；He-Ne 激光器：工作物质：Ne原子，He是辅助气体，用于提高Ne原子泵浦速率；

能及结构：四能级系统； CO2激光器：以CO2气体分子为工作物质；辅助气体：He:导热系数大，实现有效地传热； N2：提高CO2分子的泵浦速率，保证CO2激光器的高速运转； Ar3+离子激光器：工作物质：气态Ar3+离子；应用范围：全息照相，信息处理，光谱分析等。

四、大题

1.证明凹稳定腔（由一个凹面发射镜组成，如图所示）的稳定条件为

R>L.

证明：

.10,1101g ,1R 212

122111<<<-=<=∞→-

=>g g R L g R R L g L 故有，所以，，，因为2.如图是典型的固体激光器，试标出各部位名称。

答：1.全反射镜；2.工作物质；3.玻璃套管；4.部分反射镜；5.聚光镜；6.电源。

3.用图直观地表示出共轴球面的稳区图，并说明其具体含义。

答：共轴球面腔的稳区图如下，图上横轴坐标为g1=1-L/R1，纵轴坐标为

g2=1-L/R2。稳定区：由（两直线）g1=0,g2=0和两条双曲线g1g2=1所围成的区域（不含边界）。临界区：边界线；非稳区：其余部分（阴影区）。

图：略。

4.比较简述激光调制中各种调Q方式的优缺点。

答：电光调Q方式优点：产生窄脉冲，且同步性能好；使用寿命长，输出巨脉冲的稳定压高，需要几千伏的高压脉冲。

声光调Q的优点：调制电压低，可产生高重频的调Q巨脉冲，巨脉冲重复性好，高重频器件。缺点：对高增益器件的开关能力差。

可饱和吸收调Q优点：结构简单，无电干扰。缺点：被动式开关，调Q巨脉冲定的随机性，不能人为控制。

机械转镜调Q优点：无插入损耗，不存在光损伤问题，可用于能量较大的脉冲器件，磨损影响使用寿命，对装配工艺要求高。

PS：

复习资料提供：董佳乐、罗颖、冉丼国、秦伟、张俊、黄弘。

复习资料整合：陈相平

祝大家顺利通过考试。。。。。。