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（一）钟先琼编制的《激光原理与技术》理论部分习题集及解答

第一章

一、填空题

1、叫做光子简并度，它具有以下四种含义

为：、

、、。

2、光和物质共振相互作用的三个过程是、、

。其中，跃迁几率只与原子系统性质相关的是，既与原子系统性质相关又与周围辐射场相关的是

。

3、激光的四性包括：、、

和；总结起来，即激光具有。

3、由于大量光子的集合服从分布，故处于同一光子态内的光子数目是 (填“有”或“没有”)限制的。

4、光学谐振腔的两大作用是

。

5、Laser的英文全称是

,要实现这点，必须通过，使工作物质突破状态，达到。

6、在热平衡状态下，工作物质对光的净作用表现为。

7、相比较而言，光波比微波和无线电波更(填“易”或“难”)实现激射器。

二、判断题

（）1、光的波动性和粒子性是完全独立的，光要么显示出波动性，要么显示出波动性。

（）2、受激吸收跃迁爱因斯坦系数和受激辐射跃迁爱因斯坦系数总是相等的，而受激吸收跃迁几率和受激辐射跃迁几率则总是不相等

的。

（）3、激光的四大特性并非相互独立的。

（）4、物质在热平衡状态下才可能实现受激辐射的光放

大。

（）5、自发辐射、受激辐射、受激吸收三种过程的跃迁几率都只与原子系统本身的性质有关。（）6、当物质处于集居数反转状态时，各能级原子数服从波耳兹曼统计分布。

（）7、普通光源具有极高的光子简并度，因而是非相干光源。

（）8、相格空间体积等于相干体积，一个光子态占有的空间体积不等于相干体积。

（）9、对无源谐振腔而言，损耗越大，则模式频带宽度越宽。

（）10、工作物质的增益特性和光腔的损耗特性是掌握激光基本原理的线索。

三、名词解释

1、光子简并度

2、集居数反转

3、相格

第二章

一、填空题

1、光学开腔的损耗大致可分为以下四类：、

、、

。其中，与光模式相关的损耗包括

，称为性损耗(填“选择”或“非选择”)，而与光模式关系不大的损耗

有，称为性损耗(填“选择”或“非选择”)。

2、定量描述光腔的损耗有几个等效的物理量，它们分别是：

。

3、根据共轴球面腔稳定性判据可将光学开腔划分为以下三类：、、

。其中，几何偏折损耗高的腔是，常用于高功率激光谐振腔的腔

是。根据稳定性判据，对称共焦腔、共心腔、平行平面腔分别属于腔、腔、腔。腔的模式理论是稳定腔的模式理论基础。

4、根据共轴球面腔稳定性判据，平凸腔、平凹腔、双凹腔、双凸腔、凹凸腔中，一定属于非稳腔的是

，视腔的具体参数不同，腔型就不同的腔是

。

5、在光学开腔自再现模形成中，起“筛子”作用的损耗是损耗。

6、高斯光束能被(填“稳定”、“非稳”或“临界”)腔实现自再现。

二、判断题

（）1、光腔的损耗越高，则Q值越低，腔内光子的平均寿命越长。

（）2、稳定腔与非稳腔相比，可以获得更高的输出功率和更好的光束质量。

（）3、基模高斯光束能被与之匹配的谐振腔实现自再现，但无法被面镜或透镜实现自再现。

（）4、非稳腔比稳定腔更适合于高功率激光器件，也更适合产生高光束质量的激光。

（）5、一个稳定球面腔可与无限多个共焦球面腔等价。

三、名词解释

1、开腔的自再现模

2、纵模

3、模的谐振条件

4、光束衍射倍率因子

四、计算题

1、某高斯光束的束腰为，波长为，分别求束腰处、与束腰相距30cm处的参数值。

五、证明题

1、证明所有平凸腔和双凸腔都是非稳腔。

第四章

一、填空题

1、自然加宽、碰撞加宽、晶格振动加宽、多普勒加宽、晶格缺陷加宽中，属于均匀加宽的

是

，属于非均匀加宽的是。

2、自然加宽谱线具有线型，多普勒加宽具有线型。

3、增益系数饱和的实质来源于。

二、判断题

（）1、当气压较高时，气体工作物质的谱线加宽机制是以多普勒加宽为主的非均匀加宽。

（）2、激光理论中的速率方程理论是一种简化量子理论。

（）3、无论是非均匀加宽还是均匀加宽情况，都可以区分谱线上的某一频率范围是由哪一部分原子发射的。

（）4、激光强度随距离始终是指数关系增长的。

（）5、激光强度越弱，增益饱和效应越易体现出来。

（）6、非均匀加宽四能级系统中受激辐射的光子数和受激辐射功率都与反转集居数烧孔面积大小有关。

三、名词解释

1、谱线加宽

2、均匀加宽

3、非均匀加宽

4、速率方程组

5、光学多普勒效应

四、作图题

1、画出单模情况下三能级系统的能级跃迁示意图，并写出速率方程组？

五、计算题

1、在激光出现以前，低气压放电灯是很好的单色光源。如果忽略自然加宽和碰撞加宽，试估算在温度下它的谱线的相干长度是多少，并与一个单色性的氦氖激光器比较。

第五章

一、填空题

1、激光器按照泵浦方式可分为：激光器和激光器。

2、谐振腔内的光能否振荡，取决于和的大小关系。

3、激光器的振荡阈值包括

。

4、三能级系统所需的阈值能量比四能级所需的要，损耗对三能级系统的影响要比对四能级的影响。

5、单模激光器存在线宽极限的原因是由于。

二、判断题

（）1、在均匀加宽红宝石激光器中，反转集居数的空间转移过程缓慢，因而当激发较强时可观察到单模振荡。

（）2、均匀加宽激光器中，各模式消耗的是同一群粒子，因而没有模式竞争，故总是输出单纵模。

（）3、无论工作物质是均匀加宽还是非均匀加宽的连续或长脉冲激光器，其输出功率随频率的变化曲线上都可能出现兰姆凹陷。

（）4、均匀加宽单模连续激光器的输出反射镜存在一个最佳透过率使输出功率最

大。

（）5、通常，三能级系统的阈值一般要高于四能级系统。

三、名词解释

1、增益的轴向(或纵向)空间烧孔效应

2、纵模的空间竞争

3、兰姆凹陷

4、弛豫振荡

5、频率牵引

四、论述题

1、试作图并阐述均匀加宽激光器中由于增益曲线饱和效应引起的自选模过程及模式竞争的结果。

第六章

一、填空题

1、按时间特性激光放大器可分为、

和。

2、按工作方式激光放大器可分为

和。

3、再生放大器的优点是，缺点是。

4、均匀激励连续激光放大器的输出谱线轮廓与输入谱线轮廓的关系是。

5、三能级系统纵向光激励连续激光放大器在小信号工作状态下能够得到较大的，但光放大器的小。

二、判断题

（）1、在三能级系统纵向光激励连续激光放大器中，沿传输方向，泵浦光逐渐衰减，信号光逐渐增加。

（）2、由于放大作用，均匀激励连续激光放大器的输出光谱线轮廓将比输入的要窄。

（）3、在三能级系统纵向光激励连续激光放大器中，无论是小信号还是大信号情况下，均存在一个最佳光纤长度值，使得光放大器增益最大。

（）4、激光放大器和激光振荡器原理是基于同一物理过程。

三、名词解释

1、激光放大器

2、激光行波放大器

3、激光再生放大器

四、论述题

1、说明再生放大器的特点。

2、在不计光纤中光场和激活离子的横向分布及光纤损耗

，并假设三能级系统总量子效率为1的情况下，试述三能级系统纵向光激励连续激光掺铒激光放大器的小信号增益特性。

五、证明题

1、证明在无损脉冲激光放大器中：(1)若入射光脉冲极其微弱，则能量增益为：。(2)若入射光极强，则能量增益为：

第七章

一、填空题

1、激光调Q的目的是。

2、典型的稳频方法有、、

、。

3、激光的频率稳定特性包含和。常用稳频方法主要有、、

、。

4、常用的激光调Q方法有、、

、、。

5、为了实现单横模输出，常用的模式选择方法主要有

、、、

。

6、常用的单纵模选择法有、、

。

7、2N+1个纵模锁定后的峰值功率变为，相邻锁模脉冲极大值的间隔为，每个锁模脉冲的宽度为。

二、论述题

1、试述激光调Q的基本原理

2、试画图并说明电光调Q的基本原理