激光原理与技术理论与实践教学的统一

激光原理与技术理论与实践教学的统一
激光原理与技术理论与实践教学的统一

Advances in Education教育进展, 2015, 5, 5-9

Published Online March 2015 in Hans. https://www.360docs.net/doc/8a16724819.html,/journal/ae

https://www.360docs.net/doc/8a16724819.html,/10.12677/ae.2015.52002

Unification of Theory and Practice Teaching of Laser Theory and Technology

Xingqiang Zhang

School of Science, Hubei University of Automotive Technology, Shiyan Hubei

Email: zhangxinqiang.student@https://www.360docs.net/doc/8a16724819.html,

Received: Feb. 13th, 2015; accepted: Feb. 26th, 2015; published: Mar. 6th, 2015

Copyright ? 2015 by author and Hans Publishers Inc.

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Abstract

Laser theory and technology is composed of two respects of theory teaching and practice teaching.

However, some unavoidable contradiction can be appeared between theory teaching and practice teaching in the concrete teaching procedure. The problems such as asynchronism and disconnec-tion of contents between theory teaching and practice teaching can be effectively solved through adding some demonstrative experiments or some videos of them and introducing some theoreti-cal direction before operation in laboratory which consolidates learning effect. Therefore, the highly unification of theory teaching and practice teaching is good for innovative learning of un-dergraduate students.

Keywords

Laser Theory and Technology, Theory Teaching, Practice Teaching, Unification of Theory and

Practice Teaching

激光原理与技术理论与实践教学的统一

张兴强

湖北汽车工业学院理学院,湖北十堰

Email: zhangxinqiang.student@https://www.360docs.net/doc/8a16724819.html,

收稿日期:2015年2月13日;录用日期:2015年2月26日;发布日期:2015年3月6日

激光原理与技术理论与实践教学的统一

摘要

激光原理与技术包括理论教学与实践教学两方面。然而在具体的教学过程中,理论教学与实践教学之间会出现一些不可避免的矛盾。通过在课堂上增加一些演示实验或演示实验视频,以及在实验室进行操作前进行理论指导,可以有效地解决理论教学与实践教学的不同步性以及内容脱节等问题,巩固学习效果。

因此,理论教学与实践教学的高度统一有利于大学生的创新性学习。

关键词

激光原理与技术,理论教学,实践教学,理论与实践教学的统一

1. 引言

尽管光学是一门非常古老的科学,但其发展却十分缓慢。一方面从人类探测光源或物体的感光、用光、光测等系统而言,光学的发展比较缓慢。地球上的先民早在数千年前已经开始观察日食、月食、投影等光学现象,那时人类基本上只能借助自己的眼睛来初步判断或研究这些光学问题。随着光学现象越来越复杂,光学问题的本质越来越深入,人们发明了很多助视光学仪器,所拥有的感光系统进一步延伸,可以观测人眼不能直接观察到的微小物体或细节,同时也能够探测人眼不可感知的遥远物体或目标。这一切只是到了近代,才有了突飞猛进的发展,如果以现代光学的眼光回顾光学发展的历史,其步伐显得太慢了。另一方面从人类使用的光源来看,光学的发展也十分迟缓。人类的祖先在蒙昧时代只能使用自然光源,如太阳、月亮、星星等。后来通过钻燧取火,才进入到人工光源的时代。中国古人聪明勤劳,他们发明了造纸术、指南针、火药和印刷术等,为世界文明的进步作出了杰出的贡献。其中火药的发明使得人工光源的使用和携带更为方便与普及,有力地促进了社会生产力的发展。电的发现并应用于电灯是人工光源领域划时代的进步,有力地促进了各种卤素灯、LED灯等的发明和使用。从太阳、月亮、星星、火、火药、电灯、各种卤素灯、LED灯等的发展历程来看,几千年甚至上万年的时间已经流逝了,结果人类使用的还是非相干光源,由此可见光源的发展确实不快。

1905年爱因斯坦(Albert Einstein)为了解释黑体的辐射能谱与经典理论结论之间的矛盾,将1900年普朗克(Max Planck)的能量子概念推广到辐射的发射和吸收,提出了光量子和光电效应的概念。1916年为解释黑体辐射定律,又提出了受激辐射的概念。随着微波波谱学和微波技术的进展,1954年第一台微波量子放大器问世,1958年美国的汤斯(Charles H. Townes)、肖洛(Arthur L. Schawlow)和前苏联的巴索夫(Nikolai G. Basov)、普洛霍洛夫(Aleksander M. Prokhorov)等提出了激光的概念和理论设计。1960年美国休斯公司实验室的梅曼(Theodore H. Maiman)发明了第一台红宝石激光器,至此真正意义上的人工光源才得以实现。激光具有很好的单色性、方向性、亮度和时空相干性等,这是普通光源无与伦比的特征,自此人类使用的光源又翻开了新的一页。激光的基础理论发展很快,激光技术更是日新月异。激光作为现代社会标志性的成果之一,已被广泛应用于工业、国防、通信、医疗、科技等领域,应用的深度和广度不断得到深化和拓展,掌握激光原理与技术的知识无疑也变得刻不容缓。

2. 理论与实践教学产生的矛盾

对于从事激光技术研究、设计、开发、应用等的专业人员而言,掌握激光原理与技术的基础知识是必不可少的。在我国很多理工类大学和综合类大学已经开设了激光专业或与激光密切相关的专业,对于这些专业的本科生和研究生而言,激光原理与技术课程显得十分重要[1]。尽管各类院校的专业类别和性

激光原理与技术理论与实践教学的统一

质不同,激光原理与技术课程可能被设置成学科基础课,也可能被设置为专业选修课,但它的重要性与其广泛的应用性一样,不是可有可无的。学习激光原理与技术的基础知识或泛泛地了解激光发展的历史、背景、应用领域、动态以及前沿等,对于一个当代的大学生来说,即使与本专业没有必然的联系,但也可以作为人文素养和素质教育的一部分,应引起广大教师和学生的重视。

激光原理与技术包含的内容较多,一般情况下理论教学的总学分是4.0学分,总学时为64学时;实验教学的总学分是1.0学分,总学时为24学时。如果采用国家统一的规划教材,教学内容是可以根据实际情况进行选用的,但大致分为激光基本原理与激光基础技术两部分。应光电信息科学与工程专业教学指导委员会的要求,目前选用的《激光原理》(第6版)是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,由周炳琨、高以智、陈倜嵘、陈家骅编著,国防工业出版社出版发行,该教材面向21世纪教学改革,具有作者权威、学术领先、内容覆盖面宽、适用范围广等特点,主要阐述激光器的基本原理与理论,内容包括激光器的光谐振腔理论、速率方程理论和半经典理论,对典型激光器、激光放大器及改善与控制激光器特性的若干技术也作了简要介绍。光电信息科学与工程专业在教学过程中所选用的激光基本原理部分包括绪言、第一章激光的基本原理、第二章开放式光腔与高斯光束、第四章电磁场和物质的共振相互作用;而激光基础技术部分包括第五章激光振荡特性、第七章激光器特性的控制与改善、第九章典型激光器和激光放大器。上述目录基本涵盖了激光基本原理与激光基础技术的主要内容和重点知识,需要学习本课程的其它专业可以根据实际的教学要求进行增删。

激光原理与技术的理论教学一般采用课堂教学方式,实践教学由于采用单独设置实验课,必须在专业实验室采取现场指导与学生动手相结合的方式进行。尽管实践教学与理论教学是相辅相成的,但操作起来还是出现了一些无法预料的问题。一是理论教学与实践教学的不同步性。通常情况下学生首先在课堂上学习激光原理与技术的理论知识,而所安排的实践教学由于设备台套数和上机人数的限制,很多学生不能及时通过实践教学来理解和掌握所学的理论知识,部分学生甚至出现这样的现象,轮到自己进入实验室进行有关实验项目的操作时,在课堂上所学的理论知识已经模糊或遗忘,导致他们在实验室无所适从;另一部分学生可能已经提前在实验室完成了有关实验的操作,而理论知识还未学习,他们的操作可能是盲目的。二是实践教学对理论教学的巩固效果不强。激光原理与技术的理论教学所涉及到的很多概念、原理、公式和物理图景等都需要采用实践教学的方式进行巩固和强化。学生在课堂上学习激光原理与技术的理论知识时,往往都是囫囵吞枣,对一些知识的理解可能是模糊的,也可能是片面的,有时候甚至存在很大的理解误区。此时学生如果能够通过实验教学及时反思所学的理论知识,也许会出现事半功倍的效果。三是实践教学与理论教学之间的内容脱节。理论教学内容一般都是照本宣科,学生的创新往往来自实践教学。理论教学内容通常以书本上的基础知识作为出发点,一般情况下常用的概念、原理、公式等被构筑成学生的学习平台。而在实践教学中,实验操作除了达到让学生理解这些常用知识的目的外,还起着创新性学习的作用。激光原理与技术实验的可调参数较多,实验现象非常丰富,拓展思维的空间很大,在实践教学中很容易出现理论教学没有提及的现象、规律和问题等,这很容易引发学生的想象,激发他们的学习兴趣,而兴趣是创新之源。在实际的教学过程中,理论教学与实践教学的内容通常都是时空脱节的,这些问题对学生的创新性学习必将产生不利的影响[2]。此外,理论教学与实践教学之间可能还存在其它矛盾,待继续探索和解决。

3. 理论教学与实践教学的统一

矛盾无处不在、无时不在,产生矛盾并不可怕,关键问题是如何来化解它?在激光原理与技术的教学过程中,理论教学与实践教学之间不可避免地会产生各种各样的矛盾[3]。针对这些矛盾,采取的主要办法是实现理论教学与实践教学的统一,直接从课堂上消除理论教学与实践教学的不同步性,增强实践

激光原理与技术理论与实践教学的统一

教学对理论教学的巩固性效果,避免理论教学与实践教学之间内容的脱节等[4]。

在激光原理与技术课程的教学中,课堂上的理论教学相对实践教学而言,教学过程易于控制,此时主要对原有的教学方式进行了一些必要的改进。一是增加了课堂演示实验,主要针对比较简单、易于操作的教学内容,目的是配合理论教学过程的进行,激发学生的学习兴趣,但与学生在实验室具体操作的实践教学有所差别。例如在第二章讲到激光器的腔模理论时,自带一台简单的便携式He-Ne激光器进入课堂,先充分做好各项准备工作。由于之前的教学内容已经简单地提到了激光器由激光谐振腔、激光工作物质(介质)和泵浦源三部分组成,因此,这里主要讲激光谐振腔的基本理论。一般情况下,激光谐振腔由两块相互平行的共轴反射镜构成,对于激光器能够输出的波长而言,一块全反射镜的反射率极高,接近100%;另一块半反射镜的反射率也很高,不低于95%,这块反射镜起着激光输出镜的作用,这时候及时向学生展示两块不同作用的反射镜。激光谐振腔的输出镜可以事先准备好平面和凹面两种,对于凹面输出镜还要准备曲率半径分别为1 m和3 m的两种镜面,根据激光谐振腔的长度可以从理论上计算不同输出镜的g2因子。激光谐振腔的全反射镜可以放置成曲率半径为1 m的凹面反射镜,这样也便于从理论上计算g1因子。首先从理论教学中稳定球面腔的概念出发,直接给出球面腔达到稳定的条件0 < g1?g2 < 1。

再根据实际的激光谐振腔长度和光腔折射率等参数具体计算演示实验中采用不同曲率半径的反射镜面时所得到的g1、g2因子,看它们的乘积是否在(0,1)之间?当条件成立时,可以输出激光,当条件不成立时,不能输出激光。此时可以改变激光谐振腔输出镜的曲率半径,也可以改变激光谐振腔的腔长,调节这些参数,使前述球面腔的稳定条件成立或不成立,让学生在课堂上直接观察是否可以输出激光。通过课堂上简单的实验演示,学生对激光谐振腔的稳定性条件就很容易掌握了。通过该实验演示,学生进入实验室进行激光谐振腔的调试和氦氖激光束光斑大小与发散角测量等实验操作时,就不会觉得太困难了。演示实验与实践教学的内容是有差别的,通过演示实验的铺垫,学生在掌握理论知识的前提下,进入实验室以后可以自主进行实验操作,理论教学与实践教学的不同步性自然得到了解决,因为在课堂教学中学生已经理解了所学的理论知识,为实验操作奠定了坚实的基础。从另一个角度来看,课堂演示实验和学生在实验室进行实验操作对巩固理论教学效果都是非常明显的[5]。二是增加了课堂上的演示实验视频。

简单的实验操作可以进行课堂演示,而对于难度较大、操作复杂、实验现象不易于观察的演示实验,在实验室预先操作并录像后制作成视频。课堂上的理论教学是主线,当讲到学生难以理解的内容时,可以播放演示实验的视频,中间可以暂停讲解,将演示实验视频与理论教学在课堂上结合起来,充分利用多媒体教学的便利条件,用演示实验视频教学的效果巩固理论教学的内容,效果是十分明显的,这样理论教学与实践教学的不同步性也能得到很好的解决[6]。三是在激光专业实验室放置黑板或多媒体播放设备,进行实验前的理论指导。学生进入实验室后,先开展仪器设备操作规程等安全教育,再进行实验操作、注意事项等情况说明。在实践教学过程中,鼓励学生独立思考,认真操作,审慎判断,开拓创新。对于学生在实验中发现的新现象,出现的新问题,不要急于解释和说明,激发学生的求知欲和学习兴趣,让他们将理论教学与实践教学的内容联系起来,综合考虑这些问题和现象,最终给出一定的结论。这样也避免了理论教学与实践教学的内容脱节,为学生的创新性学习奠定了坚实的基础。

4. 结束语

激光原理与技术课程包括理论教学与实践教学,在具体实施过程中会产生一些矛盾。通过在课堂上增加简单的演示实验与难度较大的演示实验视频,以及在实验室增添黑板和多媒体教学设施进行实验前的理论指导,可以有效地解决理论教学与实践教学的不同步性问题,增强了实践教学对理论教学的巩固性效果,避免了理论教学与实践教学内容的脱节。这样理论教学与实践教学就统一起来了,结果有利于学生的创新性学习。

激光原理与技术理论与实践教学的统一致谢

感谢湖北汽车工业学院理学院光信息科学与技术系光电信息科学与工程专业教研室和湖北汽车工业学院2014年教学改革研究项目(JY201413)组全体成员为本文所做的工作。

基金项目

湖北汽车工业学院2014年教学改革研究项目(JY201413)资助。

参考文献(References)

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[5]徐年富(2008) 专业理论教学与实践教学合一的探索. 消费导刊·教育时空, 4, 171.

[6]肖伟才(2011) 理论教学与实践教学一体化教学模式的探讨与实践. 实验室研究与探索, 30, 81-84.

激光原理及技术习题答案

激光原理及技术部分习题解答(陈鹤鸣) 第一章 4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ?应当是多少? 解:相干长度C c L υ = ?,υ?是光源频带宽度 85 3*10/3*101C c m s Hz L km υ?=== 22 510 8 (/) 632.8*3*10 6.328*103*10/c c c c nm Hz c m s λλυυυυλλλυλ-=??=?=???=?== 第二章 4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =,相应的频率为υ,波长为λ,能级上的粒子数密度分别为21,n n ,求: (1)当3000,300MHz T K υ= =时,21/?n n = (2)当1,300m T K λμ= =时,21/?n n = (3)当211,/0.1m n n λμ= =时,温度T=? 解: T k E E b e n 121 2 n -- = 其中1 2**E E c h E c h -= ?=λ ν λ h c h == ?*E (1)

(2) 10 * 425 .121 48 300 * 10 * 38 .1 10 10 *3 * 10 * 63 .6 1 223 6 8 34 ≈ = = = =- - - - - - - e e e n n T k c h b λ (3) K n n k c h b 3 6 23 8 34 1 2 10 * 26 .6 )1.0( ln * 10 * 10 * 8 .3 1 10 *3 * 10 * 63 .6 ln * T= - = - = - - - λ 9. 解:(1) 由题意传播1mm,吸收1%,所以吸收系数1 01 .0- =mm α (2) 0 1 01 100 366 0I . e I e I e I I. z= = = =- ? - α 即经过厚度为0.1m时光能通过36.6% 10.解:

08激光原理与技术试卷B

华南农业大学期末考试试卷(B 卷) 2008~2009学年第一学期 考试科目:激光原理与技术 考试类型:(闭卷) 考试时间:120分钟 姓名 年级专业 学号 一.填空题(每空2分,共30分) 1. 设小信号增益系数为0g ,平均损耗系数为α,则激光器的振荡条件为 g o > α 。 2. 相格 是相空间中用任何实验所能分辨的最小尺度。 3. 四能级系统中,设3E 能级向2E 能级无辐射跃迁的量子效率为1η,2E 能级向1E 能 级跃迁的荧光效率为2η,则总量子效率为 。。 4. 当统计权重21f f =时,两个爱因斯坦系数12B 和21B 的关系为 B 12=B 21 。 5. 从光与物质的相互作用的经典模型,可解释 色散 现象和 物质对光的 吸收 现象。 6. 线型函数的归一化条件数学上可写成 。 7. 临界腔满足的条件是 g1g2=1 或 g1g2=0 。 8. 把开腔镜面上的经过一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的 自再现模 。 9. 对平面波阵面而言,从一个镜面中心看到另一个镜面上可以划分的菲涅耳半周期 带的数目称为 菲涅耳数 。

10. 均匀加宽指的是引起加宽的物理因素对各个原子是 等同的, 。 11. 入射光强和饱和光强相比拟时,增益随入射光强的增加而减少,称 增益饱和 现 象。 12.方形镜的mnq TEM 模式沿x 方向有 m 条节线,没y 方向有 n 条节线. 二.单项选择题(每题2分,共10分) 1. 关于高斯光束的说法,不正确的是( ) (A)束腰处的等相位面是平面; (B)无穷处的等相位面是平面; (C)相移只含几何相移部分; (D)横向光强分布是不均匀的。 2. 下列各模式中,和圆型共焦腔的模q n m TEM ,,有相同频率的是(A ) (A)1,,2-+q n m TEM ; (B) q n m TEM ,,2+; (C) 1,,1-+q n m TEM ; (D) 1,1,2-++q n m TEM 。 3. 下列各种特性中哪个特性可以概括激光的本质特性(C ) (A)单色性; (B)相干性; (C)高光子简并度; (D)方向性。 4. 下列加宽机制中,不属于均匀加宽的是(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。 5. 下列方法中,不属于横模选择的是(D ) (A)小孔光阑选模; (B) 非稳腔选模; (C) 谐振腔参数N g ,选择法; (D)行波腔法。 三、简答题(每题4分,共20分)

激光原理与应用课试卷试题答案

激光原理及应用[陈家璧主编] 一、填空题(20分,每空1分) 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程,分别是(自发辐射)、(受激吸收)、(受激辐射)。 2、光腔的损耗主要有(几何偏折损耗)、(衍射损耗)、(腔镜反射不完全引起的损耗)和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是(模式选择)和(提供轴向光波模的反馈)。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因,衍射损耗与菲涅耳数有关,菲涅耳数的近似表达式为(错误!未找到引用源。),其值越大,则衍射损耗(愈小)。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为(错误!未找到引用源。)。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括(多普勒加宽),(晶格缺陷加宽)两种加宽。 7、CO2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励效率),氦气的作用是(有助于激光下能级的抽空)。 8、有源腔中,由于增益介质的色散,使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率,这种现象叫做(频率牵引)。 9、激光的线宽极限是由于(自发辐射)的存在而产生的,因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲,脉冲宽度可达(错误!未找到引用源。)S,通常有(主动锁模)、(被动锁模)两种锁模方式。 二、简答题(四题共20分,每题5分) 1、什么是自再现?什么是自再现模? 开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直,是实际应用中经常使用的技术手段,在聚焦透镜焦距F一定的条件下,画出像方束腰半径随物距变化图,并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念,请说明什么是空间烧孔?什么是反转粒子束烧孔? 4、固体激光器种类繁多,请简单介绍2种常见的激光器(激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长)。 三、推导、证明题(四题共40分,每题10分)

激光原理与技术试题

2006-2007学年第1学期《激光原理与技术》B卷试题答案 1 .填空题(每题4分)[20] 1.1激光的相干时间T和表征单色性的频谱宽度△V之间的关系 为 1/ c 1.2 一台激光器的单色性为5X10-10,其无源谐振腔的Q值是_2x109 1.3如果某工作物质的某一跃迁波长为100nm的远紫外光,自发跃迁几率A10等于105S1,该跃迁的受激 辐射爱因斯坦系数B10等于6x1010 m3^2^ 1.4设圆形镜共焦腔腔长L=1m,若振荡阈值以上的增益线宽为80 MHz判断可能存在两个振荡频率。 1.5对称共焦腔的1(A D)_1_,就稳定性而言,对称共焦腔是稳定______________ 空。 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?如何理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的谐振腔。无源腔:腔内没有激活工作物质的谐振腔。 激光线宽极限:无源腔的线宽极限与腔内光子寿命和损耗有关: 九';有源腔由于受到自发辐射影响,净损耗不等于零,自发辐射的随机相位造成输出激光的线宽极限 n2t 2 ( C)h 0 ------------------- 。 n t Rut 频率牵引效应:激光器工作物质的折射率随频率变化造成色散效应,使得振荡模的谐振频率总是偏离无源腔 相应的模的频率,并且较后者更靠近激活介质原子跃迁的中心频率。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的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. 三能级系统的上能级阈值粒子数密度n 2t n n ——-;四能级系统的上能级阈值粒子数密度2 n2t n t 。 2.3产生多普勒加宽的物理机制是什么? 多普勒加宽的物理机制是热运动的原子(分子)对所发出(或吸收)的辐射的多普勒频移。 2.4均匀加宽介质和非均匀加宽介质中的增益饱和有什么不同?分别对形成的激光振荡模式有何影响? 均匀加宽介质:随光强的增加增益曲线会展宽。每个粒子对不同频率处的增益都有贡献,入射的强光不仅使自身的增益系数下降,也使其他频率的弱光增益系数下降。满足阀值条件的纵模在振荡过程中互相竞争,结果总是靠近中心频率的一个纵模得胜,形成稳定振荡,其他纵模都

激光原理与技术习题

1.3 如果微波激射器和激光器分别在λ=10μm ,=5×10- 1μm 输出1W 连续功率,试问每秒钟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 ? 1.4设一光子的波长=5×10- 1μm ,单色性λ λ ?=10- 7,试求光子位置的不确定量x ?。若光子的波长变为5×10- 4μm (x 射线)和5 ×10 -18 μm (γ射线),则相应的x ?又是多少 m m x m m m x m m m x m h x h x h h μμλμμλμλλμλλ λλλλλλλλ 11171863462122 1051051051051051051055/105////0 /------?=?=???=?=?=???=?==?=???=?=?P ≥?≥?P ??=P?=?P =?P +P?=P 1.7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105S - 1,试问:(1)该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10是多少?(2)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? c P nh nh νλ==P P n h hc λ ν= =

1.8如果受激辐射爱因斯坦系数B10=1019m3s-3w-1,试计算在(1)λ=6 m(红外光);(2)λ=600nm(可见光);(3)λ=60nm(远紫外光);(4)λ=0.60nm(x射线),自发辐射跃迁几率A10和自发辐射寿命。又如果光强I=10W/mm2,试求受激跃迁几率W10。 2.1证明,如习题图2.1所示,当光线从折射率η1的介质,向折射率为η2的介质折射时,在曲率半径为R的球面分界面上,折射光线所经受的变换矩阵为 其中,当球面相对于入射光线凹(凸)面时,R取正(负)值。 习题

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 。 (A )1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、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) 10000 3、波长为λ=632.8nm 的He-Ne 激光器,谱线线宽为Δν=1.7×109Hz 。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) 1.2×109 4、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 1.中心频率为5×108MHz 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。 3.证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1 kT hv 。

《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 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、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=10μm λ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 。 2、一束光通过长度为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,则该物 质的增益系数为 。 三、问答题 1、以激光笔为例,说明激光器的基本组成。 2、简要说明激光的产生过程。 3、简述谐振腔的物理思想。 4、什么是“增益饱和现象”?其产生机理是什么? 四、计算与证明题 1、设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2),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=? 2、设光振动随时间变化的函数关系为 (v 0为光源中心频率), 试求光强随光频变化的函数关系,并绘出相应曲线。 ? ??<<=其它,00),2exp()(00c t t t v i E t E π

激光原理与激光技术习题

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?λ/λ应为多大? 解: 1010 1032861000 106328--?=?=λ=λ λ?=.L R c (2) λ=5000?的光子单色性?λ/λ=10-7,求此光子的位置不确定量?x 解: λ=h p λ?λ=?2h p h p x =?? m R p h x 510 1050007 10 2=?=λ=λ?λ=?=?-- (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=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: 1880107501 106102 262.) .(.a L =???=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-?=??=δ=τ 6 86 8 10113107511061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 19101910 75114321216 8 =?=???=πτ= ν?- 输出损耗: 119080985050212 1.)..ln(.r r ln =??-=-=δ s ..c L c 8 81078210 311901-?=??=δ=τ 6 86810 964107821061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 7510751078214321216 8 =?=???=πτ= ν?- (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=0.99,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: MHz Hz .L c q 15010511 2103288=?=??==ν? 11]11501500 []1[=+=+ν?ν?=?q q 005.02 01 .02=== T δ s c L c 781067.610 3005.01 -?=??== δτ MHz c c 24.010 67.614.321 217 =???= = -πτν? (5) 某固体激光器的腔长为45cm ,介质长30cm ,折射率n=1.5,设此腔总的单程损耗率0.01π,求此激光器的无源腔本征纵模的模式线宽。

激光原理与技术习题一样本

《激光原理与技术》习题一 班级序号姓名等级 一、选择题 1、波数也常见作能量的单位, 波数与能量之间的换算关系为1cm-1 = eV。 ( A) 1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、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) 10000 3、波长为λ=632.8nm的He-Ne激光器, 谱线线宽为Δν=1.7×109Hz。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) 1.2×109 4、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, 而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 1.中心频率为5×108MHz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。 3.证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1-kT hv 。 《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 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、 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=10μm λ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 。 2、 一束光经过长度为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, 则该物 质的增益系数为 。 三、 问答题 1、 以激光笔为例, 说明激光器的基本组成。 2、 简要说明激光的产生过程。 3、 简述谐振腔的物理思想。 4、 什么是”增益饱和现象”? 其产生机理是什么? 四、 计算与证明题 1、 设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2), 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 =

《激光原理及技术》1-4习题问题详解

激光原理及技术部分习题解答(鹤鸣) 第一章 4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ?应当是多少? 解:相干长度C c L υ = ?,υ?是光源频带宽度 85 3*10/3*101C c m s Hz L km υ?=== 22 510 8 (/) 632.8*3*10 6.328*103*10/c c c c nm Hz c m s λλυυυυλλλυλ-=??=?=???=?== 第二章 4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =,相应的频率为υ,波长为λ,能级上的粒子数密度分别为 21,n n ,求: (1)当3000,300MHz T K υ= =时,21/?n n = (2)当1,300m T K λμ= =时,21/?n n = (3)当211,/0.1m n n λμ= =时,温度T=? 解: T k E E b e n 121 2 n --= 其中1 2**E E c h E c h -=?=λ ν λ h c h == ?*E (1) (2)010*425.12148300 *10*38.11010*3* 10 *63.61 2 236 8 34 ≈====--- ----e e e n n T k c h b λ

(3) K n n k c h b 3 6 238341 210*26.6)1.0(ln *10*10*8.3110*3*10*63.6ln *T =-=-=---λ 9. 解:(1) 由题意传播1mm,吸收1%,所以吸收系数101.0-=mm α (2) 010010100003660I .e I e I e I I .z ====-?-α 即经过厚度为0.1m 时光能通过36.6% 10. 解: m /..ln .G e .e I I G .Gz 6550314 013122020===?=?

激光原理与技术试题答案

2006-2007学年 第1学期 《激光原理与技术》B 卷 试题答案 1. 填空题(每题4分)[20] 激光的相干时间τc 和表征单色性的频谱宽度Δν之间的关系为___1c υτ?= 一台激光器的单色性为5x10-10,其无源谐振腔的Q 值是_2x109 如果某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B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -1 设圆形镜共焦腔腔长L=1m ,若振荡阈值以上的增益线宽为80 MHz ,判断可能存在_两_个振荡频率。 对称共焦腔的 =+)(2 1 D 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] 何谓有源腔和无源腔如何理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的谐振腔。无源腔:腔内没有激活工作物质的谐振腔。 激光线宽极限:无源腔的线宽极限与腔内光子寿命和损耗有关:122' c R c L δ υπτπ?= = ;有源腔由于受到自发辐射影响,净损耗不等于零,自发辐射的随机相位造成输出激光的线宽极限 220 2()t c s t out n h n P πυυυ?= ?。 频率牵引效应:激光器工作物质的折射率随频率变化造成色散效应,使得振荡模的谐振频率总是偏离无源腔相应的模的频率,并且较后者更靠近激活介质原子跃迁的中心频率。这种现象称为频率牵引效应。 写出三能级和四能级系统的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. 三能级系统的上能级阈值粒子数密度22 t t n n n += ;四能级系统的上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。 产生多普勒加宽的物理机制是什么 多普勒加宽的物理机制是热运动的原子(分子)对所发出(或吸收)的辐射的多普勒频移。 均匀加宽介质和非均匀加宽介质中的增益饱和有什么不同分别对形成的激光振荡模式有何影响 均匀加宽介质:随光强的增加增益曲线会展宽。每个粒子对不同频率处的增益都有贡献,入射的强光不仅使自身的增益系数下降,也使其他频率的弱光增益系数下降。满足阀值条件的纵模

2009-2010《激光原理与技术》课程试题B 试卷试题答案

一、填空题(20分,每空1分) 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程,分别是(自发辐射)、(受激吸收)、(受激辐射)。 2、光腔的损耗主要有(几何偏折损耗)、(衍射损耗)、(腔镜反射不完全引起的损耗)和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是(模式选择)和(提供轴向光波模的反馈)。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因,衍射损耗与菲涅耳数有关,菲涅耳数的近似表达式为(错误!未找到引用源。 ),其值越大,则衍射损耗(愈小)。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为(错误!未找到引用源。 )。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括(多普勒加宽),(晶格缺陷加宽)两种加宽。 7、CO2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励效率),氦气的作用是(有助于激光下能级的抽空)。 8、有源腔中,由于增益介质的色散,使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率,这种现象叫做(频率牵引)。 9、激光的线宽极限是由于(自发辐射)的存在而产生的,因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲,脉冲宽度可达(错误!未找到引用源。)S ,通常有(主动锁模)、(被动锁模)两种锁模方式。 二、简答题(四题共20分,每题5分) 1、什么是自再现?什么是自再现模? 开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直,是实际应用中经常使用的技术手段,在聚焦透镜焦距F 一定的条件下,画出像方束腰半径随物距变化图,并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念,请说明什么是空间烧孔?什么是反转粒子束烧孔? 4、固体激光器种类繁多,请简单介绍2种常见的激光器(激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长)。 三、推导、证明题(四题共40分,每题10分) 1、短波长(真空紫外、软X 射线)谱线的主要加宽是自然加宽。试证明峰值吸收截面为π λσ22 = 。

激光原理与技术09级A卷含答案

题号一二三四总分阅卷人 得分 得分 2011 ─2012学年 第 2 学期 长江大学试卷 院(系、部) 专业 班级 姓名 学号 …………….……………………………. 密………………………………………封………………..…………………..线…………………………………….. 《 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。

得 分 (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 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V λ/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(Y 3Al 5O 12)激光器又称掺Nd 3+: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2cm 3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

08激光原理与技术试卷B

08激光原理与技术试卷B

2 华南农业大学期末考试试卷(B 卷) 2008~2009学年第一学期 考试科目:激光原理与技术 考试类型:(闭卷) 考试时间:120分钟 姓名 年级专业 学号 题号 一 二 三 四 总分 得分 评阅人 一.填空题(每空2分,共30分) 1. 设小信号增益系数为0g ,平均损耗系数为α,则激光器的振荡条件为 g o > α 。 2. 相格 是相空间中用任何实验所能分辨的最小尺度。 3. 四能级系统中,设3E 能级向2E 能级无辐射跃迁的量子效率为1η,2E 能级向1E 能 级跃迁的荧光效率为2η,则总量子效率为 。。 4. 当统计权重21f f =时,两个爱因斯坦系数12B 和21B 的关系为 B 12=B 21 。 5. 从光与物质的相互作用的经典模型,可解释 色散 现象和 物质对光的 吸收 现象。 6. 线型函数的归一化条件数学上可写成 。 7. 临界腔满足的条件是 g1g2=1 或 g1g2=0 。 8. 把开腔镜面上的经过一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的 自再现模 。 9. 对平面波阵面而言,从一个镜面中心看到另一个镜面上可以划分的菲涅耳半周期 带的数目称为 菲涅耳数 。

3 10. 均匀加宽指的是引起加宽的物理因素对各个原子是 等同的, 。 11. 入射光强和饱和光强相比拟时,增益随入射光强的增加而减少,称 增益饱和 现 象。 12.方形镜的mnq TEM 模式沿x 方向有 m 条节线,没y 方向有 n 条节线. 二.单项选择题(每题2分,共10分) 1. 关于高斯光束的说法,不正确的是( ) (A)束腰处的等相位面是平面; (B)无穷处的等相位面是平面; (C)相移只含几何相移部分; (D)横向光强分布是不均匀的。 2. 下列各模式中,和圆型共焦腔的模q n m TEM ,,有相同频率的是(A ) (A)1,,2-+q n m TEM ; (B) q n m TEM ,,2+; (C) 1,,1-+q n m TEM ; (D) 1,1,2-++q n m TEM 。 3. 下列各种特性中哪个特性可以概括激光的本质特性(C ) (A)单色性; (B)相干性; (C)高光子简并度; (D)方向性。 4. 下列加宽机制中,不属于均匀加宽的是(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。 5. 下列方法中,不属于横模选择的是(D ) (A)小孔光阑选模; (B) 非稳腔选模; (C) 谐振腔参数N g ,选择法; (D)行波腔法。 三、简答题(每题4分,共20分)

激光原理与技术

激光的特性:方向性好、单色好、相干性好、亮度高。由于谐振腔对 光振荡方向的限制,激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大,所以激光具有很高的方向性。半导体激光器的方向性最差。衍射极限θm≈1.22λ D (λ为波长,D为光束直径);激光是由原子受激辐射而产生,因而谱线极窄,所以单色性极好。单模稳频气体激光器的单色性最好,半导体激光器的单色性最差;激光是通过受激辐射过程形成的,其中每个光子的运动状态(频率、相位、偏振态、传播方向)都相同,因而是最好的相干光源。激光是一种相干光这是激光与普通光源最重要的区别;激光的高方向性、单色性等特点,决定了它具有极高的单 色定向亮度。相干性包括时间相干和空间相干,有时用相干长度L C=C ?V 来表示相干时间。自发辐射:处于高能级E2的原子自发地向低能级跃迁,并发射出一个能量为hv=E2?E1的光子,这个过程称为自发跃迁。 自发辐射跃迁概率(自发跃迁爱因斯坦系数)A21=(dn21 dt ) sp 1 n2 = ?1 n2dn2 dt (n2为E2能级总粒子数密度;dn21为dt时间内自发辐射跃迁 粒子数密度);受激辐射:在频率为v=(E2?E1)/h的光照激励下,或在能量为hv=E2?E1的光子诱发下,处于高能级E2上的原子可能跃迁到低能级E1,同时辐射出一个与诱发光子的状态完全相同的光子,这 个过程称为受激辐射跃迁W21=(dn21 dt ) st 1 n2 =?1 n2 dn2 dt 。受激辐射跃 迁与自发辐射跃迁的区别在于,它是在辐射场(光场)的激励下产生的,因此,其月前概率不仅与原子本身的性质有关,还与外来光场的单色能量密度ρv成正比,W21=B21ρv,B21称为爱因斯坦系数;受激吸收:处于低能级E1的原子,在频率为v的光场作用(照射)下,吸收

激光原理与激光技术习题答案

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: 1010 1032861000 106328--?=?=λ=λ λ?=.L R c (2) =5000?的光子单色性 /=10-7 ,求此光子的位置不确定量x 解: λ =h p λ?λ =?2h p h p x =?? m R p h x 510 1050007 10 2=?=λ=λ ?λ=?=?-- (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: 1880107501106102 262.) .(.a L =???=λ=δ-- s ..c L c 8 81075110318801-?=??=δ=τ 6 86810 113107511061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 19101910 75114321 2168 =?=???=πτ= ν?- 输出损耗: 119080985050212 1.)..ln(.r r ln =??-=-=δ s ..c L c 8 8 1078210311901-?=??=δ=τ 6 86810 964107821061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 75107510 78214321 2168 =?=???=πτ= ν?- (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: MHz Hz .L c q 15010511 2103288=?=??==ν? 11]11501500 []1[=+=+ν?ν?=?q q 005.02 01 .02===T δ s c L c 781067.610 3005.01 -?=??== δτ MHz c c 24.01067.614.321 217 =???= = -πτν?

激光原理与技术-北京理工大学--光电学院

《激光技术原理与实验》 课程代码: 课程名称:激光原理与技术实验 学分:3 学时:48 (其中实验学时:16) 先修课程:普通物理、物理光学 一、目的与任务 本课程是测控技术与仪器专业一门理论与实验并重的专业基础课,其教学目的是通过该课程理论部分的学习,使学生系统掌握激光的基本概念和基础理论,掌握各种类型激光器和基本激光技术的工作原理与设计方法,了解激光器件和激光技术领域的发展趋势和技术前沿。通过实验环节的锻炼,进一步加深对激光器和激光技术基本工作原理的理解,认识和熟悉常见激光器的基本构造、工作特性和调试方法,掌握激光器主要特性参数的测试方法,并学会使用激光实验研究常用的测试仪器。以期通过本课程的学习,培养学生理论联系实际、综合运用所学基础知识解决实际工程问题的能力。 二、教学内容及学时分配 理论部分 绪论(1学时) 第一章激光的物理基础(4学时) 1.激光的特性 2.光波模式和光子状态 3.原子的能级、分布和跃迁 4.激光产生的必要条件与充分条件 第二章场与物质的相互作用(4学时) 1.谱线加宽与线型函数 2.激光器的速率方程理论 3.均匀加宽工作物质的增益系数 4.非均匀加宽工作物质的增益系数 第三章光学谐振腔理论(5学时) 1.光学谐振腔的基本知识

2.光学谐振腔的损耗 3.光学谐振腔的稳定性条件 4.谐振腔的衍射积分理论 5.平行平面腔的自再现模 6.对称共焦腔的自再现模 7.一般稳定球面腔的模式特征 8.高斯光束 第四章激光器的工作特性(4学时) 1.连续激光器和脉冲激光器 2.激光振荡的阈值条件 3.激光器的振荡模式 4.激光器的输出特性 5.单模激光器的线宽极限 6.激光器的泵浦技术 第五章典型激光器(4学时) 1.概述 2.气体激光器 3.固体激光器 4.光纤激光器 5.半导体激光器 6.其他类型激光器 第六章激光调制技术(2学时) 1.调制的基本概念 2.电光调制 3.声光调制 4.直接调制 第七章调Q技术与锁模技术(4学时) 1.调Q技术的基本原理 2.常用的调Q技术

激光原理与技术期末考试B卷答案

………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 电子科技大学2010 -2011 学年第2 学期期末考试 B 卷 课程名称:_ 激光原理与技术___ 考试形式:开卷(笔试)考试日期:20 11 年6 月29 日考试时长:120___分钟 课程成绩构成:平时30 %,期中%,实验%,期末70 % 本试卷试题由_____部分构成,共_____页。 (共20分,共10题,每题2分) 一. 选择题(单选) 1、与普通光源相比,下列哪项是激光的优势D 。 A、相干性好 B、发散角小 C、谱线窄 D、以上都是 2、要产生激光下列哪个条件不是必需具备的___D___。 A、实现集居数反转(粒子数反转) B、受激辐射跃迁 C、具有增益介质 D、谐振腔为稳定腔 3、下列谱线加宽方式中,不属于均匀加宽的是 B 。 A、自然加宽 B、多普勒加宽 C、晶格振动加宽 D、碰撞加宽 4、从输出光束特性考虑,一个稳定腔等价于无穷个 A 。 A. 稳定腔 B.临界腔 C. 共焦腔 D. 非稳腔 5、若激光器输出为某一模式的厄米特-高斯光束,且其两个主轴方向上的M2

………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 值为5和3,则该模式可能为 D 。 A 、TEM 01 B 、TEM 11 C 、TEM 31 D 、TEM 21 6、下列腔型中,肯定具有共轭像点的是 C (非稳腔) 。 A 、 B 、 C 、 D 、 7、可以利用下列哪种损耗进行模式选择 B 。 A 、腔镜不完全反射损耗 B 、衍射损耗 C 、材料中的非激活吸收损耗 D 、以上都不对 8、在振幅调制锁模激光器中,若损耗调制器紧贴腔镜放置且腔长为L , 光速为c , 则损耗调制信号的角频率为___C___。 A 、 L c π2 B L c π C 、L c 2π D 、L c 4π 9、KDP 晶体横向电光调制的主要缺点为__C___。 A 、半波电压太高 B 、调制带宽低 C 、存在着自然双折射引起的相位延迟 D 、调制频率较高时,功率损耗比较大

激光原理与技术课程内容概要

各章内容总结 第1章 1.光的波粒二相性,光子学说 光是由一群以光速 c 运动的光量子(简称光子)所组成 2三种跃迁过程(自发辐射、受激辐射 和受激吸收) ? 3.自发辐射和受激辐射的本质区别? ? 4.在热平衡状态下,物质的粒子数密度按能级分布规律(正常分布) ? 5.激光产生的必要条件:实现粒子数反转分布 ? 6.激光产生的阈值条件:增益大于等于损耗 ? 7.激光的特点? ? (1)极好的方向性(θ≈10-3rad) ? (2)优越的单色性(Δν=3.8*108Hz,是单色 性最好的普通光源的线宽的105倍. ? (3)极好的相干性(频率相同,传播方向同,相位差恒定) ? (4)极高的亮度 ? 8激光器构成及每部分的功能 1激光工作物质 提供形成激光的能级结构体系,是激光产生的内因 νh E =λνc h c h c E m ///2 2===

2.)泵浦源 提供形成激光的能量激励,是激光形成的外因 3.)光学谐振腔 ①提供光学正反馈作用 ②控制腔内振荡光束的特性 9.激光产生的充分条件(在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强) 10.饱和光强 定义:使激光上能级粒子数减小为小信号值的1/2时的光强为饱和光强. 11.谱线加宽的分类: 均匀加宽和非均匀加宽 两种加宽的本质区别? 12激光器泵谱技术的分类: 直接泵谱 缺点:(49页) 间接泵谱:分为自上而下、自下而上和横向转移三中方式) u u u u S h A c h I τσντνπν1122 8==)211(2121111τττπν++++=?∑∑u j j i ui H A A N D M T Mc kT 072/120)1016.7(])2(ln 2[2ννν-?==?

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

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