《激光原理》本科期末考试试卷及答案
激光原理与技术期末考试卷(2007-09)
1．基本概念题(选做5小题，每小题5分)[25]1.1 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？1.2 试辨析激光振荡器、激光放大器和激光器的区别1.3 激光器的主要泵浦方式有哪些？各举一典型激光器实例。
1.4 激光具有哪些基本特性？试举3个应用实例，并说明各自应用了激光的哪方面特性。
1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？1.6 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？1.7 在粒子反转数密度Δn大于0时，在激光腔中一定能产生自激振荡吗?为什么？2. 综合思考题(选做2小题，每小题15分)[30]2.1何谓介质的吸收截面？现有红宝石样品一块，试设计一实验方案测量该样品的吸收截面，列出实验所需的设备和元器件。
2.2 选模复合腔如图所示，M1、M2、M3为全反镜，M4为部分反射镜。
(1)试分析其选模原理和条件；(2)如腔内增益介质振荡线宽为νosc, 为了获得单纵模输出，l1、l2应如何选择？2.3 (1) 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？简要说明它们在实现粒子数反转过程中的特点；(2)试列出二能级系统的速率方程组（设能级简并度f1=f2）。
(3)分析二能级系统能否实现粒子数反转。
3. 计算题(选做3小题，每小题15分)[45]3.1 What would be the output intensity of a helium-neon laser operating at 632.8 nm if ithas a small-signal gain of 0.15/m? The laser has two mirrors of reflectivity 99.99% and 98%, a gain-medium length of 0.2 m, and essentially no scattering losses.3.2 A Nd:YVO4 laser operating in a pulsed mode at 1.06 μm is placed in a cavity with mirrors of 95% at each end of the laser. The scattering losses are determined to be 0.4% per pass. If the laser produces output pulses of 200-μs duration in a beam of diameter 6 mm and if the small-signal gain is measured to be 20% per pass, what would be the energy of the pulses emerging from the laser?3.3 Nd3+ ions are doped into YAG at a 1% atomic concentration, which corresponds toadensity of Nd atoms of 1.38×1026 per cubic meter in the laser rod. If all of these atoms were instantly pumped to the upper laser level and then began to radiate, what would be the radiated energy per cubic meter and the average power per cubic meter radiated from this material at the emission wavelength of 1.06 μm? if the power radiated from one cubic centimeter could be concentrated into a spot 1 mm in diameter, what would be the intensity(power/m)3.4 长度为10 cm的红宝石棒置于长度为22 cm的光谐振腔中，红宝石694.3 nm谱线的自发辐射寿命τs≈4ms,均匀加宽线宽为2×105 MHz,，光腔单程损耗δ=0.2。
激光原理与技术期末考试B卷答案
电子科技大学- 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%, 试验%, 期末70 %本试卷试题由_____部分构成, 共_____页。
一.选择题（单项选择）（共20分, 共10题, 每题2分)1.与一般光源相比, 下列哪项是激光旳优势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有旳___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, 不属于均匀加宽旳是 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, 一种稳定腔等价于无穷个 A 。
A.稳定..B.临界..C.共焦..D.非稳腔5、若激光器输出为某一模式旳厄米特-高斯光束, 且其两个主轴方向上旳M2值为5和3, 则该模式也许为 D 。
A.TEM01B.TEM11C.TEM31D.TEM216、下列腔型中, 肯定具有共轭像点旳是C（非稳腔）。
A. B、C. D、7、可以运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.材料中旳非激活吸取损耗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, 则损耗调制信号旳角频率为___C___。
A. B C、D、9、KDP晶体横向电光调制旳重要缺陷为__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旳相位延迟D.调制频率较高时,功率损耗比较大10、下列性质选项中, 对于由受激辐射跃迁产生旳光子与入射光子相似旳是___D___。
A.偏振方向B、频率C.运动方向D、以上都是二. 填空题（共20分, 共20空, 每空2分）1.激光器采用开放式谐振腔旳重要原因是减少模式数。
激光原理及应用试卷.
激光原理及应用试卷班级姓名成绩一、填空题（1.5×20=30分）1.光与物质的相互作用有三种不同基本过程，即，及A21称为：B21称为：B12称为：自发辐射的平均寿命τ与A21关系为2.引起谱线增宽的原因主要有三种，即。
它们的线型函数有两种，分别是。
3.光的一个基本性质是具有。
一方面光是电磁波，具有波动性质，有一定的和。
另一方面光是光子流，是具有一定和的物质粒子流。
4．产生激光必须具备的三个条件：，，二、问答题（5×6=30分）1.简要叙述激光器稳定出光的过程。
2.三种谱线增宽形式中哪些是均匀增宽？哪些是非均匀增宽，为什么？3.详细说明对称共焦腔中高斯光束的特点，并图示4.叙述用兰姆凹陷稳频的工作原理。
三、 分析题（40分）1. （10’）如图所示为的1E 和0E （基态）分别为激光上下能级，0n 和1n 分别为上下能级的粒子数密度，谐振腔中传播的单色光能密度为ρ（假设其线宽比介质的线型函数)(v f 的线宽窄得多）。
图中过程①为泵浦速率为R 0的抽运过程，②为自发辐射过程，③和④分别为受激辐射和受激吸收过程,自发辐射系数、受激辐射系数和受激吸收系数分别为A 10、B 10、B 01。
试写出1E 能级在单位时间内粒子数密度的增加量，并说明表达式中每一项的物理意义2. （15分）一染料激光器输出激光的波长为0.63μm ，采用平凹腔，凹面镜的曲率半径为2m ，腔长为1m ，（1）求出它所产生的高斯光束的光腰大小和位置，共焦参数f 以及发散角θ。
（2）如果使用焦距为5cm 的凸透镜聚焦，入射光腰到透镜的距离为1.50m 。
问：离透镜1.0m 处的出射光斑半径为多少？3.（15’）设有三束频率分别为0ν、νν∆+0和νν∆-0、光强为I 0、I 1和I 2的强光沿相同方1E 0E向或相反方向（如图）通过中心频率为0ν的非均匀加宽增益介质（I 0>I 1> I 2）。
试分别分析下列两种情况下反转粒子数按速度z υ的分布，并画出相应的分布曲线，要求在图中标出烧孔位置及烧孔深度。
激光原理试题
《激光原理及应用》期末试题（A卷答案）一、简答题1.激光器的基本结构包括三个部分，简述这三个部分答：激光工作物质、激励能源（泵浦）和光学谐振腔；2.物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁，简述这两种跃迁的区别。
答：粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁，辐射跃迁必须满足跃迁定则；非辐射跃迁表示在不同的能级之间跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给他的能量。
3.激光谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽，简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线型。
答：如果引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽。
自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加宽类型。
非均匀加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献。
多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。
4.简述均匀加宽的模式竞争答：在均匀加宽的激光器中，开始时几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争，结果总是靠近中心频率的一个纵模获胜，形成稳定的振荡，其他的纵模都被抑制而熄灭。
这种情况叫模式竞争。
5.工业上的激光器主要有哪些应用？为什么要用激光器？答：焊接、切割、打孔、表面处理等等。
工业上应用激光器主要将激光做热源，利用激光的方向性好，能量集中的特点。
6.说出三种气体激光器的名称，并指出每一种激光器发出典型光的波长和颜色。
答：He-Ne激光器，632.8nm（红光），Ar+激光器，514.5nm（绿光），CO2激光器，10.6μm（红外）7.全息照相是利用激光的什么特性的照相方法？全息照相与普通照相相比有什么特点？答：全息照相是利用激光的相干特性的。
全息照片是三维成像，记录的是物体的相位。
二、证明题：（每题6分，共18分）1.证明：由黑体辐射普朗克公式33811hKThceννπνρ=-导出爱因斯坦基本关系式：3213218A hn h B cνπνν==三、计算题1．由两个凹面镜组成的球面腔，如图。
不得不看的激光原理试题,考试必备精品文档12页
dt
时间内由于自发跃迁引起的由
E2
向
E1
跃迁的原子数。
在单位时间内能级 E2 减少的粒子数为
dn2 dt
dn21 dt
sp
将(1)式带入得
dn2 dt
A21n2
由此式可得
n2 (t) n20e A21t （ n20 为 t 0 时刻高能级具有的粒子数）
所以自发辐射的平均寿命
s
1 n20
2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度、相干面积和相干体积？Page7
答：光的相干性(page7):在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。
相干时间(page7)：光沿传播方向通过相干长度 Lc 所需的时间，称为相干时间。 相干长度：相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。
积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
联系：激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。
4.什么是黑体辐射？写出 Planck 公式,并说明它的物理意义。Page10 答：黑体辐射(page10)：当黑体处于某一温度 T 的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于 发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内
开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为 ，各列光波之间没有固定的相
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位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的
自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。
自发跃迁爱因斯坦系数：
A21
1 s
(2)受激吸收
过程描述(page12)处于低能态 E1 的一个原子，在频率为 的辐射场作用（激励）下，吸收 一个能量为 h 的光子并向 E2 能态跃迁，这种过程称为受激吸收跃迁。
10级激光原理及应用试卷A-2
(A)、0.67；
(B)、1.67；
(C)、2.67；
(D)、3.67。
7、在普通的 Ne 原子辉光放电中，荧光光谱的线宽 F 1.5 10 9 Hz ，对于腔长为 L 30cm的
He Ne 气体激光器，设折射率等于 1，则腔内出现的纵模数为（
）个。
(A)、1；
(B)、2；
(C)、3；
(D)、4。
武汉工业学院 2012–2013 学年第二学期
期末考试试卷（A 卷）
课程名称 激光原理及应用
课程编号 12140102
学号：
注：1、考生必须在<武汉工业学院学生考试用纸>上答题，答题时需注明大、小题号
2、答题纸共 1 页
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幅相等。则在锁模情况下，光脉冲的周期=
、宽度=
、峰值功率=
。
三、计算题（第 21 题 10 分，第 22 题 20 分，共 30 分）
21、若 He-Ne 激光器的谐振腔的腔镜为圆形镜， R1 ， R2 50cm ，腔长 L 25cm ，设折 射率等于 1，两反射镜的反射率r1 0.9 ，r2 1。试求： （1）TEM00 和 TEM10 模之间的频率差。
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在锁模激光器中，被锁定的模式数量越多，脉冲周期越短。
参考答案:错误2.对于对称共焦腔，其傍轴光线在腔内往返传输次即可自行闭合，其自再现模式为高斯光束。
参考答案:2##%_YZPRLFH_%##二##%_YZPRLFH_%##两3.谐振腔损耗越大，品质因子越高。
参考答案:错误4.有激光输出时，激活介质不是处于热平衡条件。
参考答案:正确5.在主动锁模激光器中，调制器应该放到谐振腔的一端。
参考答案:正确6.为得到高转化效率的光学倍频，要实现匹配，使得基频波和倍频波的折射率要相等，在他们相互作用过程中，两个基频光子湮灭，产生一个倍频光子。
参考答案:相位7.尽量增加泵浦功率有利于获得单模激光输出。
参考答案:错误8.在调Q激光器中，随着Dni/Dnt的增大，峰值光子数增加，脉冲宽度。
参考答案:变窄##%_YZPRLFH_%##变小##%_YZPRLFH_%##减小9.关于基模高斯光束的特点，下面描述不正确的是。
参考答案:基模高斯光束在激光腔内往返传播时没有衍射损耗10.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了度角。
参考答案:45##%_YZPRLFH_%##四十五11.稳定谐振腔是指。
参考答案:谐振腔对旁轴光线的几何偏折损耗为零12.形成激光振荡的充分条件是。
参考答案:光学正反馈条件和增益阈值条件13.关于谐振腔的自再现模式，下面那个说法是正确的？参考答案:自再现模式与谐振腔的稳定性有关14.三能级激光器的激光下能级是基态，需至少将原子总数的通过泵浦过程转移到激光上能级，才能实现受激辐射光放大。
参考答案:一半##%_YZPRLFH_%##1/2##%_YZPRLFH_%##50%##%_YZPRLFH_%##二分之一##%_YZPRLFH_%##百分之五十15.谱线加宽是指的光谱展宽。
参考答案:自发辐射16.关于自发辐射和受激辐射说法正确的是。
《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______。
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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。
答:往返矩阵为:
⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡-
⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡=120110112
01
1011
2
R L R L T
3．什么是对成共焦腔,计算对成共焦腔g 参数.: 答: 对成共焦腔:R 1=R 2=L 对成共焦腔g 参数.:
0111=-
=R L g 012
2=-=R L g 021==g g g
4. 画出声光调Q 激光器原理图，说明声光调Q 基本原理？
答.电光晶体两端加一定电压，使沿x 方向的偏振光通过电光晶体后，沿 轴两方向偏振光的位相差为 ，电光晶体相当于1/4波片，光束两次通过电光晶体时，偏振方向旋转90°，偏振方向与偏振片检偏方向垂直，光束无法通过检偏片，腔内损耗高，激光无法振荡;突然撤除电压后，损耗迅速下降，上能级反转粒子数迅速转化为激光脉冲输出.
四． 计算题（36分）
题 号
一
二
三
四
合计
得 分
1． 试计算连续功率均为1W 的两光源，分别发射λ＝0.5000μm ，ν=3000MHz 的光，每秒从上
能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？（8分） 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34
6.62610
J 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：
=500nm λ时： 18-1=2.510s n ⨯ =3000MHz ν时：
23-1=510s n ⨯
c
P nh nh νλ
==P P n h hc
λν=
=。