华中科技大学2007年硕士生考试大纲(激光原理)
激光原理第三章 华中科技大学课件 光学谐振腔幻灯片课件
开腔内插入光学元件的复合腔； • 对于常用的共轴反射镜腔，当满足前面得到的稳定性条件 0 g1g2 1
时，称为稳定腔；
• 当 g1g 2 0或g1g 2 1 时，称为非稳腔； • 当 g1g 2 0或g1g 2 1 时，称为临界腔；
严格的理论证明，只要满足条件 a2 / L 1 ，则腔 内损耗最低的模式仍可以近似为平面波，而 a2 / L
是光腔的菲涅尔数，它描述了光腔衍射损耗的大小。
3.2.1自由空间中的驻波
沿z方向传播的平面波可以表示为： 沿-z方向传播的平面波为：
e1(z,t) E0 cos 2 (t z / )
发生重叠时的电磁场分布为：
–分别以两个反射镜的曲率半径 为直径，圆心在轴线上，作反 射镜的内切圆，该圆称为σ圆；
–若两个圆有两个交点，则为稳 定腔；
–若没有交点，则为非稳腔； –若只有一个交点或者完全重合，
则为临界腔；
3.2光学谐振腔的模式
• 3.2.1平平腔的驻波
– 均匀平面波近似 一般的开放式光学谐振腔都满足条件：a , L 在满足该条件时，可以将均匀平面波认为是腔内存在 的稳定电磁场的本征态，为平行平面腔内的电磁场提 供一个粗略但是形象的描述；
• 自再现模经一次往返所发生的能量损耗定 义为模的往返损耗，它等于衍射损耗；
• 自再现模经一次往返所产生的相位差定义 为往返相移，往返相移应为2π的整数倍， 这是由腔内模的谐振条件决定的。
3.4.1开腔模式的物理概念
• 孔阑传输线
• 开腔物理模型中衍射的作用
– 腔内会随机的产生各种不同的模，而衍射效应将其中可以实现自 再现的模式选择出来；
激光原理总结提纲
自发辐射受激吸收受激辐射
自发辐射:高能级的原子自发地从(高能级E2)向低能级E1跃迁，同时放出能量为E=hv的光子的现象称为自发辐射。
受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子的刺激作用，（完全吸收）外来光子的能量而跃迁到高能级E2的过程称。
均匀增宽增益饱和
法布里-珀罗标准具法
三反射镜法
（2）单横模的选取（小孔光阑法）
●假如由于某种原因(例如温度升高)使L 伸长，起激光频率由0ν偏至A ν，P ∆与ν∆的位相正好反。
缩短，引起激光频率由0ν偏至B ν，P ∆与ν∆，其结果都是使输出功率P 增加，而且此时外加电压为正弦（电压幅值较小的时候）：01/22I I π≈
+
典型激光器能级特点：。
激光原理考试重点
激光原理考试要点第一章激光的基来源理1.光子的颠簸属性包含什么？动量与波矢的关系？光子的粒子属性包含什么？质量与频次的关系？答：光子的颠簸性包含频次，波矢，偏振等。
粒子性包含能量，动量，质量等。
动量与波矢：质量与频次：2.观点：相格、光子简并度。
答：在六维相空间中，一个光子态对应的相空间体积元为，上述相空间体积元称为相格。
处于同一光子态的光子数称为光子简并度，它拥有以下几种同样含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相关体积内的光子数、处于同一相格内的光子数3.光的自觉辐射、受激辐射爱因斯坦系数的关系答：自觉跃迁爱因斯坦系数：. 受激汲取跃迁爱因斯坦系数： ) 。
受激辐射跃迁爱因斯坦系数：。
关系： ;;为能级的统计权重 ( 简并度 )当时有4.形成稳固激光输出的两个充足条件是起振和稳固振荡。
形成激光的两个必需条件是粒子数反转散布和减少振荡模式数5.激光器由哪几部分构成？简要说明各部分的功能。
答：激光工作物质：用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的物质系统。
接收来自泵浦源的能量，对外发射光波并能够激烈发光的活跃状态，也称为激活物质。
泵浦源：供给能量，实现工作物质的粒子数反转。
光学谐振腔： a) 供给轴向光波模的正反应； b) 模式选择，保证激光器单模振荡，进而提升激光器的相关性。
6.自激振荡的条件？答：条件：此中为小信号增益系数：为包含放大器消耗和睦振腔消耗在内的平均消耗系数。
7.简述激光的特色？答：单色性，相关性，方向性和高亮度。
8.激光器分类：固体液体气体半导体染料第二章开放式光腔与高斯光束1.开放式谐振腔依据光束几何偏折消耗的高低，能够分为稳固腔、非稳腔、临界腔。
2.驻波条件，纵模频次间隔答：驻波条件：应知足等式：式中，为平均平面波在腔内来回一周时的相位滞后；为光在真空中的波长；为腔的光学长度；为正整数。
相长干预时与的关系为：或用频次来表示：.纵模频次间隔：不一样的 q 值相应于不一样的纵模。
物理电子2007年硕士研究生入学考试试题
5．有一多纵模激光器，纵模数是 1000 个，该激光器腔长为 1.5m， 输出激光的平均功率为 1W。设各纵模振幅相等，则在锁模情况下，
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光脉冲的周期为[（12）]s，脉冲宽度为[（13）]s，峰值功率为[（14）]W。 6．一台 YAG 调 Q 激光器输出脉冲宽度Δ t=10ns，脉冲能量 E=30mJ，则峰值功率 P=[（15）]kW。 7. 由曲率半径 R1=40cm，R2=-20cm，L=10cm 组成的虚共焦非稳腔，光线在其中往返一 周的几何放大率 M=[（16）]，往返损耗率 ξ
l F l ' F f0 f0
&别表示激光谐振腔与无源腔中高斯光束的共焦参数：
f0
2 0
，
f0
'
'2 0
（10 分）
图 2 激光谐振腔高斯光束与无源腔模式匹配示意图
往返
=[（17）]。
8. 光线在自由空间中传输距离 L 时，其传输矩阵 TL=[（18）]，光线经曲率半径为 R 的球面反射时，其反射矩阵 TR=[（19）]，光线经焦距为 F 的薄透镜透射时，其透 射矩阵 TF=[（20）]。 二．简要回答下列问题（每题 4 分，共 40 分） 1．频率为 ν 的光子具有的能量、质量、动量和光子的静止质量是多少？ 2．原子的受激吸收和受激发射。 3．激光与普通光的产生机理有何不同？与普通光相比激光有哪些特性？ 4．谱线的均匀加宽，均匀加宽的类型和线型。 5．激光器速率方程理论的成功之处及局限性。 6．光波模式的概念，激光器中的横模与纵模。 7．兰姆凹陷及其产生的条件。 8．光学谐振腔的作用。 9．平行平面腔的主要优点和缺点。 10．调 Q 的基本原理。 三． 有一固体工作物质， 与激光作用有关的能级有 5 个： 1=0， 2=0.19ev， 3=1.36ev， E E E E4=1.53ev，E5=1.66ev，激光发生在 E3→E2 能级间。E4、E5 能级是两个吸收能级， 即泵浦带，E3 为亚稳态，用闪光灯泵浦。 （20 分） （1）画出以该工作物质为激光器的结构示意图及能级图；
华中科技大学07年硕士生考试大纲(生物综合)(4月5日).doc
七、嘌呤、嘧啶核苷酸的分解代谢与合成代谢的途径；外源核酸的消化和吸收；碱基的分解。
八、DNA复制的一般规律；参与DNA复制的酶类与蛋白质因子的种类和作用（重点是原核生物的DNA聚合酶）；DNA复制的基本过程；真核生物与原核生物DNA复制的比较；转录基本概念；参与转录的酶及有关因子；原核生物的转录过程；RNA转录后加工的意义；mRNA、tRNA、rRNA和非编码RNA的后加工；逆转录的过程；逆转录病毒的生活周期和逆转录病毒载体的应用；RNA的复制：单链RNA病毒的RNA复制，双链RNA病毒的RNA复制；RNA传递加工遗传信息；染色体与DNA；染色体概述；真核细胞染色体的组成；原核生物基因组；DNA的转座；转座子的分类和结构特征；转座作用的机制；转座作用的遗传学效应；真核生物中的转座子；转座子Tnl0的调控机制。
四、新陈代谢的概念、类型及其特点；ATP与高能磷酸化合物；ATP的生物学功能；电子传递过程与ATP的生成；呼吸链的组分、呼吸链中传递体的排列顺序。
五、糖的代谢途径和有关的酶；糖的无氧分解、有氧氧化的概念、部位和过程；糖异生作用的概念、场所、原料及主要途径；糖原合成作用；三羧酸循环的反应过程及催化反应的关键酶。
六、参考书目
《生物化学教程》王镜岩，朱圣庚，徐长法著，高等教育出版社（2008年第一版）
二、核酸的基本化学组成及分类；核苷酸的结构；DNA和RNA一级结构、二级结构和DNA的三级结构；RNA的分类及各类RNA的生物学功能；核酸的主要理化特性；核酸的研究方法。
三、熟悉酶的国际分类和命名；酶的作用特点；酶的作用机理；影响酶促反应的因素；酶的提纯与活力鉴定的基本方法；了解抗体酶、核酶和固定化酶的基本概念和应用。
《激光原理》考试大纲
《激光原理》考试大纲一、基本要求掌握激光器基本结构，掌握激光原理中的基本概念、原理、计算，了解相关激光技术和几种典型激光器特点。
二、考试范围1〉激光的基本原理1．光波模式的概念。
2．理解自发辐射、受激辐射、受激吸收三个过程；三个爱因斯坦系数、跃迁几率的含义。
3．理解集居数反转。
4．激光器三个必要条件。
5．激光的特性。
2〉开放式光腔与高斯光束1.横模与纵模的概念。
2.识别横模图样及表示方法。
3.纵模频率间隔的计算。
4.无源谐振腔的Q值的定义。
5.腔镜反射不完全引起的损耗如何计算。
6.腔的菲涅耳数的概念，它与腔的衍射损耗的关系。
7．共轴球面腔的稳定性条件。
8.一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价关系。
9.稳定球面腔基模高斯光束主要参量的含义及计算:束腰光斑的大小，束腰光斑的位置，镜面上光斑的大小，任意位置激光光斑的大小，等相位面曲率半径，光束的远场发散角，共焦参量。
10.了解基模高斯光束振幅的分布规律，等相面在空间的分布规律。
11．模体积的基本概念。
12.高斯光束q参数的含义及表达式，q参数与光斑半径和等相面曲率半径的关系。
13.高斯光束q参数的变换所遵循的规律，利用ABCD法则分析高斯光束的传输和变换问题。
（仅要求在自由空间的变换和经过透镜的变换）14．会计算高斯光束经过透镜变换前后的束腰大小及位置及任意位置光斑的大小。
15．理解高斯光束的聚焦和准直的含义，理解单透镜焦距以及束腰到透镜距离对高斯光束的聚焦与准直效果的影响。
16．了解构成非稳定腔的条件及其特点。
（注：计算题仅限于双反射镜开腔，对环形腔不做要求）3〉谱线加宽和线型函数1．什么是谱线加宽？有哪些加宽的类型，它们各有什么特点？2．线宽和线型函数的概念。
3．了解均匀加宽和非均匀加宽的概念。
掌握洛仑兹线型公式。
4．理解自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的形成机理。
掌握它们各自的线宽的计算。
5．会计算多普勒加宽的表观中心频率和表观中心波长。
6．了解吸收截面、发射截面的概念。
华科光电激光原理与技术复习大纲 ppt课件
横向尺寸a1、a2无关。
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Chap02-开放式光腔---非稳定腔
2、非稳腔的能量损耗率 3、非稳腔的单端输出 掌握虚共焦腔的基本计算！
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Chap03-电磁场和物质的共振相互作用
均匀加宽和非均匀加宽区别及线性函数。 三能级结构\四能级结构能级示意图+速率方程。 均匀加宽增益饱和现象与非均匀加宽增益饱和现象的区别。 激光器振荡的阈值条件？ 模式竞争、兰姆凹陷等概念？
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第四章
• 自然加宽、碰撞加宽的产生机理以及均匀 加宽的特性；
• 均匀加宽的线型函数；（相关公式） • 多普勒加宽的产生机理以及非均匀加宽特
性； • 三能级、四能级系统速率方程；（相关公
式）
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第五章
• 增益饱和的物理概念以及其在稳定的激光 输出中所起到的作用；
• 阈值条件、小信号增益系数及小信号粒子 反转数的物理概念；小信号粒子反转数的 表达式；（相关公式）
电光效应
一、沿z轴方向加电压 V / /z轴，Ex Ey 0, Ez 0
变形后的折射率椭球方程为：
无交叉项，主轴方向不变
1 no2
13 Ez
x2 y2
1 ne2
33 Ez
z2
1
二、沿x轴方向加电压 V / / x轴，Ey Ez 0, Ex 0
• 圆形镜共焦腔自再现模式的拉盖尔高斯分 布特征；
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第三章
• 一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价性； • 求解一般稳定球面腔对应的对称共焦腔；（相关公
式会推导或记忆） • 非稳腔的轴上共轭像点、几何自再现波形； • 共焦非稳腔的特点、设计方法； • 非稳腔的几何放大率和能量损耗率；（相关公式）
激光原理大纲
复试大致重点主要有：0 ）· 基础的爱因斯坦关系、模式谱密度和光子态密度的等价性、光子简并度之类的，会论述；会诠释并赞美激光的单色性、方向性、相干性、高亮度。
1 ）· 谐振腔模型，稳定腔非稳腔的几何光学解（传输矩阵）、波动光学解，把那个自再现原理和复曲率半径q彻底搞清楚，有可能出证明题，我们那年考的是非稳腔的q参数，用ABCD矩阵解自再现方程；肯定会出的题是让你画方形镜、圆形镜TEM03、TEM22光斑这类；像束腰半径、发散角、M2之类的肯定要知道。
2 ）均匀、非均匀加宽的机制；非均匀的给你两束已知方向、频率的单色光光让你画烧孔；空间烧孔、模式竞争的论述必考，问你消除空间烧孔的原理（气体分子跑得快，固体用行波，环形腔加隔离器）；综合加宽不用看。
3 ）搞清几个阈值的概念；会画三、四能级的跃迁示意图、默写那堆速率方程组；了解纵模间隔，已知阈值反转粒子数求多少频率能起振；画图解释有源腔中频率牵引的机理。
4 ）极可能考调Q的详细过程、方式；锁模的原理、方式（主动、被动、同步、自锁模）、效果；出单纵模、单横模光的方法；稳频方法，解释兰姆凹陷。
激光器类型上，了解一下CO2、He-Ne、Ar+ 、固体中的Ti：Sapphire的特点就行了。
LD不用看太细，半导体异质结、量子阱之类的知道有这么档子就行了。
染料和光纤的不考。
关键还是捋清概念，问一答十。
课后题不做都行。
(当年我不仅把每章课后题做光了，还搞来20多套卷子做，清华的、华科的、中科院的、南京理工、长春理工的、中国海洋的……坑爹啊，谁知考的这么简单。
) 补充一下：像烧孔、空间烧孔、模式竞争、多纵模振荡、发射截面、兰姆凹陷等等这么重要的概念还需要我强调吗？第一章：为什么强调爱因斯坦关系？注意：电子学频段中，从LC回路到同轴线到闭腔，都是利用金属中的自由电子变速运动来辐射电磁波的，也就是说，自由电子震荡激发的电磁波造成大量电子同步运动，辐射的相干电磁波本身就是同相位的，根本就没遇到不同步的问题；而光子学频段的辐射是来自原子核外的束缚态电子跃迁（自由电子激光器、同步辐射什么的例外），这种辐射是自发的，很难得到原子间的同步振荡。
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华中科技大学07年硕士生考试大纲(激光原理)
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一、课程名称：
激光原理与技术
Laser Principle and Technology
二、课程编码：
三、学分与学时：64/4
四、先修课程：量子力学、几何光学、物理光学
五、课程教学目标：
《激光原理与技术》课程是光电子专业本科生的专业基础课，其教学目标是使学生能够掌握本课程的基本理论、基本分析方法和基本技能。
初步具备应用所学到的基本理论和方法分析和解决本专业的一般性问题。
六、适用学科专业：高等院校光电子技术、光通讯、光电器件应用物理等本科专业。
七、基本教学内容与学时安排：
第一章绪论（4学时）
一、激光的诞生及发展
二、激光产生的机理
三、激光的特性
四、激光器实例
第二章光线矩阵及高斯光束（10学时）
一、光线的传播
1.光线矩阵
2.双周期性透镜波导
3.相同周期性透镜波导
4.光线在反射镜之间的传播
5.光线在类透镜介质之间的传播
二、光束在均匀介质中传输
1.均匀介质中的基本高斯光束
2.ABCD法则
3.高斯光束在透镜波导中的传输
4.均匀介质中的高阶高斯光束
三、高斯光束的变换
1.高斯光束通过薄透镜的传输
2.高斯光束的聚焦、准直和匹配
3.高斯光束的自再现变换与稳定球面腔
第三章激光谐振腔（10学时）
一、光学谐振腔的稳定性条件
1.光学谐振腔的稳定性
2.光学谐振腔的构成与分类
3.光学谐振腔的作用
二、光学谐振腔的模式
1.光学谐振腔中光波模的谐振频率
2.光学谐振腔内的多纵模振荡和单纵模的选取
3.纵模的频率漂移
4.光学谐振腔的损耗
三、平行平面腔的迭代法
1.开腔衍射理论的分析方法
2.平行平面腔的迭代法
四、稳定球面腔
1.对称共焦腔的模式
2.一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价性
3.一般稳定球面腔的模式
4.非稳定球面腔
5.模式选择技术
第四章光场与物质的相互作用（8学时）
一、光场与物质相互作用的理论
1.光场与物质相互作用的理论体系
2.电介质的极化
3.原子自发辐射的经典模型
4.经典结果的量子力学修正
二、谱线加宽与线型函数
1.光谱线的频率分布
2.爱因斯坦辐射系数在谱线加宽时的修正
3.原子与有谱线线宽辐射场的相互作用
三、均匀加宽和非均匀加宽
四、激光器的速率方程理论
1.三能级速率方程组
2.四能级速率方程组
3.有关速率方程的几个问题
第五章连续和脉冲激光器的运行特性（8学时）
一、小信号增益系数
1.增益系数正比于反转粒子数
2.增益系数与入射光场频率的关系
二、均匀加宽时的增益饱和
1.增益饱和现象及其物理机制
2.均匀加宽条件下反转粒子数的饱和
3.均匀加宽条件下的大信号增益
三、均匀加宽时的增益饱和
1.非均匀加宽条件下反转粒子数的饱和
2.非均匀加宽条件下的大信号增益
四、连续激光器的稳态工作特性
1.激光器的阈值条件
2.稳态工作时的腔内光强
3.连续激光的输出功率和最佳透过率
4.兰姆凹陷与稳频技术
八、教材及参考书：
1.激光原理，国防工业出版社，2000年版，周炳琨等编
2.激光原理，浙江大学出版社，1992年版，陈钰清、王静环编著
3.激光技术，华中理工大学出版社，1995年，蓝信钜主编
ser and Electro-Optics Fundamentals and Engineering，Christopher C. Davis，Cambridge University Press 1996。