激光原理试卷集锦
激光原理期末考试题练习题测试题
卷号：XXXXXXXX 大学二OO 八 —二OO 九 学年第二 学期期末考试激光原理 试题（闭卷）（ 专业用）注意：学号、姓名和所在年级班级不写、不写全或写在密封线外者，试卷作废。
一、简要回答下列问题（共28分）1．激光与普通光源的主要区别是什么激光具有什么特性试列举激光的某一个特性在相关领域的应用。
（7分）2．简要回答对称共焦腔与一般稳定球面腔的等价性。
（7分）3．简要分析激光器弛豫振荡的过程（6分）4．声光调Q 激光器在输入功率不变的情况下，调制频率从1KHz 变为10KHz,请问：激光器输出的平均功率和峰值功率如何变化为什么（8分）二、试述均匀加宽和非均匀加宽的特点和区别，并简述在均匀加宽激光器中的自选模过程和非均匀加宽激光器的多纵模振荡。
（18分）三、有一球面腔，R 1＝, R 2=2m, L=80cm 。
求出它等价共焦腔的共焦参数f 。
如果晶体的热透镜效应等效为在中心位置F=1m 的薄透镜，分析该谐振腔的稳定性。
（18分）四、腔内均匀加宽增益介质具有最佳增益系数m g 及中心频率处的饱和光强SG I ，同时腔内存在一均匀加宽吸收介质，其最大吸收系数为m a ，中心频率处的饱和光强Sa I ，为假设二介质中心频率均为0v ，m m g a >，SG Sa I I <，试问：1）此激光器能否起振说明理由。
（7）2）如果瞬时输入一足够强的频率为0v 的光信号，此激光器能否起振写出其起振条件；讨论在何种情况下能获得稳定振荡，并写出稳定振荡时的腔内光强。
（10）五、某高斯光束束腰斑大小为mm w 3.10=,波长m μλ6.10=。
1)求此高斯光束的共焦参数f 和束腰处的q 参数值。
（8分） 2) 若距束腰1m 处有一焦距为的透镜，求透镜后2m 处的q 参数值、光斑半径W 和波前曲率半径R 。
（11分）一、密封线内不准答题。
二、姓名、准考证号不许涂改，否则试卷无效。
三、考生在答题前应先将姓名、学号、年级和班级填写在指定的方框内。
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/ c1.2 一台激光器的单色性为5X10-10,其无源谐振腔的Q值是_2x1091.3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n2t n n——-;四能级系统的上能级阈值粒子数密度2n2tn 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。
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。
激光原理与技术期末考试卷（2007-09）
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-neonlaser 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。
《激光原理》复习
一.选择题（单选）（共20分，共10题，每题2分) 1.下列表达式哪一个不是激光振荡正反馈条件：D 。
A.q kL π22=B.q LCq 2=ν C.q L q 2λ= D.q kL π=2 2.下列条件哪一个是激光振荡充分必要条件：A 。
（δφ为往返相移） A.lr r G q )ln(,2210-≥-=απδφ B.0,2≥∆-=n q πδφC.=δφ3.A.C.4.A.C.Q 5.A.6.L 为光腰A ．q 11-7.A.B.C.爱因斯坦关系式表明受激辐射跃迁速率与自发辐射跃迁速度率成正比； D.自发辐射光相干性好。
8.入射光作用下，CA.均匀加宽只有部份原子受激辐射或受激吸收；B.非均匀加宽全部原子受激辐射或受激吸收；C.均匀加宽原子全部以相同几率受激辐射或受激吸收；D.非均匀加宽全部原子以相同几率受激辐射或受激吸收。
9.饱和光强CA ．与入射光强有光B.与泵浦有关；C.由原子的最大跃迁截面和能级寿命决定； D.与反转集居数密度有关。
10.下列条件哪一个是激光器稳定振荡条件？AA.t v G I v G =),(；B.t G v v G =),(00；C.t G v v G ≥),(00；D.t v G I v G ≥),( 二.填空题（共20分，共20空，每空1分)1.电光效应是指在外加电场的作用下，晶体的折射率椭球发生变形，使沿特定方向传播的线偏振光折射率发生相应变化。
2.KDP ，则3.4.5.6.调Q7.脉冲能量比较低，但重复频率比较高。
8.9.10.1.2.3.对称性差。
四.简述题(共30分)1.简述受激辐射和自发辐射的区别与联系（6分）受激辐射是原子在外界入射光扰动下原子从高能级向低能级跃迁产生的辐射，自发辐射是原子不受外界入射光扰动下从高能级向低能级跃迁所产生的辐射。
（2分）受激辐射的光频率、传播方向、偏振方向与入射光完全相同，自发辐射光传播方向、偏振方向是随机的，光频率谱线加宽范围内均匀分布。
激光原理及应用的试题库
激光原理及应用的试题库
一、激光原理
•激光的定义及基本特性
•激光的产生原理
•激光的工作性能指标
•激光的发展历程
二、激光的应用
2.1 激光在医学领域的应用
•激光在眼科手术中的应用
•激光在皮肤美容中的应用
•激光在牙科治疗中的应用
2.2 激光在通信领域的应用
•激光在光纤通信中的应用
•激光在无线通信中的应用
•激光在卫星通信中的应用
2.3 激光在制造业的应用
•激光在激光切割中的应用
•激光在激光焊接中的应用
•激光在激光打标中的应用
2.4 激光在科研领域的应用
•激光在物理实验中的应用
•激光在化学实验中的应用
•激光在生物实验中的应用
三、激光原理及应用的试题
3.1 激光原理试题
1.什么是激光? 写出激光的定义及基本特性。
2.请简要描述激光的产生原理。
3.列举并解释激光的工作性能指标。
4.描述激光的发展历程。
3.2 激光应用试题
1.激光在眼科手术中的应用有哪些? 请简要描述其原理。
2.激光在光纤通信中的作用是什么? 请简要解释。
3.你了解哪些激光在制造业中的应用? 请简单列举并描述一项。
4.举例说明激光在科学研究中的应用。
四、总结
•概述激光原理及基本特性
•简述激光在不同领域的应用
•介绍激光原理及应用的试题
•强调激光技术的重要性及发展前景。
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。
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1：腔模，横模，纵模。
腔模：在具有一定边界条件的腔内，电磁场只能存在于一系列分立的本征状态之中。
将谐振腔内可能存在的电磁场的本征态称为腔的模式。
横模：在垂直于腔轴的横截面内的稳定场分布称为谐振腔的横模。
镜面上各点场的振幅按同样的比例衰减,各点的相位发生同样大小的滞后。
这种在腔反射镜面上形成的经过一次往返传播后能自再现的稳定场分布称为自现模或横模。
纵模：腔模沿腔轴线方向的稳定场分布称为谐振腔的纵模。
在腔的横截面内场分布是均匀的，而沿腔的轴线方向(纵向)形成驻波，驻波的波节数由q决定。
通常将由整数q所表征的腔内纵向场分布称为腔的纵模。
2：频率牵引。
答：有源腔中的纵模频率总是比无源腔中同序列纵模频率更接近工作物质的中心频率，这种现象称为频率牵引。
3：光学谐振腔的作用是什么？
答：①提供轴向光波模的光学正反馈。
②控制振荡模式的特性。
4：对称共焦腔镜面上基模的特点是什么？
答：
① 基模为高斯分布,镜面中心光最大,向边缘平滑降落。
②光斑的大小与反射镜的横向尺寸无关, 与波长和腔长有关(是共焦腔的一个重要特性。
当然,这一结论只有在模的振幅分布可以用厄米-高斯函数近似表述的情况下才是正确)。
③高斯光束的能量主要集中在束腰内部。
5：LD半导体的PN结实现粒子数目反转分布条件是什么？LD激光器的泵浦方式有哪些？答：①掺杂浓度足够高，使准Fermi能级分别进入导带和价带。
②正向偏压V足够高，使eV>E g,从而E C F —E v F =eV>hv。
电注式，光泵浦，高能电子束
6：固体激光器激活介质的激光性质主要指什么？它们分别在固体激光设计时，决定什么？答：能级结构，吸收光谱，荧光光谱①能级结构：晶体的激光性质主要取决于Cr3+。
Cr的外层电子组态为3d5 4s1 ,掺入Al2 O3 后失去3个电子,剩下3d壳层上3个外层电子(3d3 )。
②吸收光谱：由于红宝石死各向异性晶体，故其吸收特性与光的偏振状态有关。
③ 荧光光谱：
红宝石晶体有两条强荧光谱线,分别称为R1线和R2线。
R1 线中心波长为694.3nm,对应于E→4 A2 能级的自发辐射跃迁。
R2 线中心波长为692.9nm,对应于2A→ 4A2 能级的自发辐射跃迁。
7：常见的临界腔有哪些？其判定条件分别是什么？
答：
8：简并能级，简并度
答：简并能级：电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级.
简并度：同一能级对应不同的电子状态的数目（处于同一光子太、态的光子数称为光源的光子简并度）
9：He—Ne激光器放电毛细管内径要很小的主要原因是什么？
答：Ne原子激光下能级2p和3p向基态的跃迁为选择定则所禁戒，粒子只能通过字发辐射跃迁到1s能级。
由于1s能级向基态的跃迁也属禁戒，因此1s能级的Ne原子只有扩散到放电管管壁，通过与管壁碰撞释放能量后方能返回基态，称为“管壁效应”。
激光下能级如不能被较快抽空，将会造成粒子的堆积，形成“瓶颈效应”。
10：非稳腔主要的输出形式有哪些？
答：耦合方式
11：光学谐振腔的损耗的种类有哪些？对光有选择有哪些？
答：几何损耗，衍射损耗，透射损耗，吸收损耗；几何损耗，衍射损耗。
12：受激辐射
答：受激辐射：处于能级u的原子在光的激发下以几率W ul=B ul p（p为密度）向能级l跃迁，并发射一个与入射光子全同的光子，其中B ul称为受激发射爱因斯坦系数。
13：半导体激光器主要的泵浦方式电注式，光泵浦，高能电子束。
14：光与物质的相互作用主要有：自发跃迁，受激吸收，受激辐射。
15：世界上第一台激光器是在1960年由梅曼（T.H.Maiman）发明的红宝石激光器。
我国第一台激光器是王之江教授1961年发明的，其创新之处为泵浦闪氙气
灯采用直管式而非螺旋形。
16：激光器的工作方式主要有连续输出，脉冲输出（若问工作方式分类则答连续激光器，脉冲激光器）；其按照工作物质分为气体激光器，固体激光器，染料激光器三种。
17：受激发射光子（波）和激励光子（波）具有相同的频率，相位，偏振态，传播方向。
18：激光的特性主要有单色性，方向性，相干性，高亮度，高阶相关；其中高亮度，高阶相关是其他普通光源真正无法比拟的基本特性。
19：泵浦依据粒子由基态泵浦到激光上能级是一步实现还是多步实现，可分为直接泵浦和间接泵浦，对于后者主要有自上而下转移，自下而上转移，横向转移三种方式，它们典型的激光器分别是红宝石激光器和Nd：YAG激光器，Ar+激光器，He—Ne激光器，根据泵浦源划分泵浦可分为光泵浦，粒子泵浦，化学泵浦，核泵浦等泵浦。
20：He—Ne激光器是典型的惰性气体原子激光器，工作物质Ne，He为辅助气体。
He—Ne 激光器输出连续光，最常用的工作波长是632.8nm，其次是1.15um和3.39um等
谱线加宽的类型？什么是均匀加宽，非均匀加宽？他们各自的特点是什么？类型:均匀加宽（自然加宽，碰撞加宽，晶格振动加宽），非均匀加宽（多普勒加宽，晶格缺陷加宽），综合加宽。
均匀加宽及特点：引起加宽的物理因素对每个原子都是相同的。
特点：每个发光原子都以整个线型发射，不能把线型函数上某一特定原子联系起来。
每个发光原子对光谱线内任一频率都有贡献。
非均匀加宽特点：原子体系中每一个原子只对谱线内与他的表观中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱线中的某一频率范围是哪一部分原子发射的。
1.驰豫振荡：固体脉冲激光器所输出的并不是平滑的光脉冲，而是一群宽度只
有微秒量级的短脉冲序列，即所谓‘尖峰”序列。
激励越强，则短脉冲之间的时间间隔越小。
2.自激振荡：不管初始光强多微弱，只要放大器足够长，就总能形成确定大小
的光强Im，满足振荡条件。
3.多普勒加宽：由于作热运动的发光原子(分子)所发出的辐射的多普勒频移引
起的加宽
4.空间烧孔效应:在驻波腔激光器中，腔内形成一个驻波场,波腹处增益最小，
而波节处增益最大，沿光腔方向增益系数的这种非均匀分布称为空间烧孔效应.。