激光原理考试

激光原理考试————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：广东工业大学考试试卷( A )课程名称: 激光原理与技术 试卷满分100 分考试时间: 2007年6月18日 (第16周 星期 一)一、选择题（每题3分，共30分）1.世界上第一台激光器是 （ ）(A)氦氖激光器． (B)二氧化碳激光器． (C)钕玻璃激光器． (D)红宝石激光器．(E)砷化镓结型激光器．2.按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所产生的光的特点是：（ ） (A)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的．(B)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的．(C)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的．(D)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的．3．氦-氖激光器属于典型的（ ）系统（A ）二能级（B ）三能级（C ）四能级（D ）多能级4．体积3cm 1=V ，线宽nm 10=∆λ，中心波长60nm ，模式数目为（ ）20201012104 (D) 102 (C) 104 (B) 102 )A (⨯⨯⨯⨯ 5．多普勒加宽发生在（ ）介质中6．半共心腔在稳定图上的坐标为（d ） （A ）（-1，-1） （B ） （0，0） （C ）（1，1） （D ）（0，1）7．对于均匀增宽介质，中心频率处小信号增益系数为)00(v G ，当s I I =时 ，饱和显著，非小信号中心频率增益系数为：（c ） （A ） )00(v G （B ）)00(2v G （C ） )00(21v G （D ）)00(31v G 8．.一平凹腔,其凹面镜的半径R 等于腔长L,它是(b )（A ）稳定腔 （B ）临界腔 （C ）非稳腔9.能够完善解释黑体辐射实验曲线的是( c )（A ）瑞利-金斯公式 （B ）维恩公式 （C ）普朗克公式 （D ）爱因斯坦公式10.腔长为0.5米,μ=1.5,纵模间隔为b( )（A ）HZ 8105.1⨯ （B ）HZ 8102⨯ （C ）HZ 8103⨯ （D ）HZ 8104⨯二、填空题（共20分）1.稳定腔的一块反射镜的曲率半径R1＝4L ，求另一面镜的曲率半径取值范围。

(5分)2.一共焦腔(对称)L ＝0.40m ，λ＝0.6328μm ，束腰半径mm w 2.00=，离腰56cm 处的光束有效截面半径为 。

(5分)3. 下图是红宝石的能级结构和跃迁示意图。

请说明图中以下符号的意义，(每空2分，共10分)①W 13 、 ②W 21③E 2 、 ④E 1 、⑤A 21 。

三、计算题（共40分） 1．（12分）(1) 一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm -1、光通过10cm 长的该材料 后，出射光强为入射光强的百分之几? (2) —光束通过长度为1m 的均匀激活的工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。

2．（14分）试从]1))(2[(21)(2110s 1-+=t a v LG I At v P D 式出发，证明用最佳透射率表示的非均匀增宽激光器的最佳输出功率为：3．（14分）考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔，波长λ＝0.5145μm ，腔长L ＝1m ，腔镜曲率半径R 1=1.5m ，R 2=4m 。

试计算光腰尺寸和位置及焦参数。

W 13ω32W 21A 21E 3E 1E 22()m m sm t P AI a t =-四、简答题（10分）1．连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？为什么？广东工业大学试卷参考答案及评分标准 ( )课程名称: 激光原理与技术 。

考试时间: 2007年 6月 18 日 (第16 周 星期 一 )一、 单项选择题（每题3分，共30分）1（ D ）、 2（ B ）、3（ C ）、4（ C ）、5（ C ）6（ D ）、7（ C ）、8（ B ）、9（ C ）、10（ B ）二、填空题（20分）1． （5分）2 0.6mm （5分）3 .（每空2分，共10分）① 受激吸收几率(激励几率) ② 受激发射几率③ 激光上能级 、 ④ 基态能级, 又是激光下能级, 也是抽运能级、⑤ 自发发射几率三、计算题（共40分） 解：（1）（12分）∵AzeI z I -=)0()( （2分）∴368.01)0()(10001.0===⋅-e e I z I （3分）（2）Gze I z I )0()(=Θ （2分）2)0()(1==∴⋅G e I z I （2分）LR L R 322-<>或1693.02ln -==m G 得（3分）2．（14分）证明：由201112()1()12Ds LG P At I a t νν⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪+⎢⎥⎝⎭⎣⎦，等式两边对t 求导，并令其为零 （3分）得：0]])(2[22[21]1)2[(2122=+-⨯+⨯+-+=∂∂t a LG t a LG AtI t a LG AI t P s s（3分）整理上式可得：322)()(4t a t a G L +=-，即：t a t a LG -+=32)()2(（3分）式中t 即为最佳透射率t m ，则最佳输出功率 （2分）mmsm m m s m ms m m t a t AI t a t a t a I At t a LG I At P -=-+-+=-+=2232]1)()()([21]1)2[(21（3分）3（14分） 解：（1）束腰半径mmL R R L R R L R L R L 348666.0]5.35.45.1)105145.0[(])2())()(()[(4122641221212120=⨯⨯=-+-+--=-ππλω（3分）（2）束腰位置765.33)2()(2121==-+-=L R R L R L z m ；m z L z 7176112=-=-=（2分）（3）两镜面上的光斑尺寸分别为：mmL R R L R L L R R L s 532596.0]5.45.0325.2[105145.0]))(()([416412112211=⨯⨯⨯⨯=-+--=-ππλω（3分）mmL R R L R L L R R L s 355064.0]5.435.016[105145.0]))(()([416412121222=⨯⨯⨯⨯=-+--=-ππλω（3分）（4）焦参数m LR R L R R L R L R L f 72.55.36.25.35.435.02))()((212121==⨯⨯=-+-+--=（3分）四、简答题（10分） 1．答：不会（2分） 因为连续激光器稳定时增益系数为 ，G 0为小信号增益系数，I 为腔内光强，I s 为饱和光强。

（3分）因此，当满足阈值条件以后，当外界的泵浦功率增加时，腔内光强增加，引起增益饱和作用，则增益下降。

（2分）在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，不会随泵浦功率的提高而增加。

（3分）阈G I I G G s =+=210考试时间: 第 18 周星期 五 ( 2007年1 月 5日)一单项选择（30分）1．在一定温度下，自发辐射几率是受激辐射几率的（ B ）倍8 )D ( 8 )C ( 8 )B ( 8 )A (3233333cv c hv c hv c v ππππ2．粒子数反转分布状态微观粒子满足（D ）（A ） 费米分布（B ）高斯分布（C ） 玻尔兹曼分布（D ）负温度分布3．碰撞增宽谱线为（ C ）（A ） 高斯线型 （B ）抛物线型 （C ） 洛仑兹线型 （D ）双曲线型4．CO 2谱线的多普勒增宽为53MHz ，中心频率所对应的谱线函数极大值为（ A ）Hz 101.7 )D ( 10Hz 1.7 )C ( Hz 101.7 )B ( s 101.7 )A (8-8-8⨯⨯⨯⨯5．平行平面腔在稳定图上的坐标为（ C ） （A ）（-1，-1） （B ） （0，0） （C ）（1，1） （D ）（0，1）6．谐振腔的纵模共振频率为（ A ） cLq v c L v Lc v Lc q v q q q q μμμμ2 )D ( 2 )C ( 2 )B ( 2 )A (====7．对称共焦腔基模光腰为（ A ）8．对同一种介质，小信号增益系数随（ B ）变化（A ）谱线宽度 （B ）激发功率 （C ）粒子数密度（D ）自发辐射几率9．调Q 激光器通常可获得（ C ）量级短脉冲广东工业大学考试试卷 ( B )课程名称:激光原理及应用题号 一二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分得分 评分人fs )D ( ns )C ( μs )B ( ms )A (10．红宝石激光器是典型的（ B ）系统（A ）二能级 （B ）三能级 （C ） 四能级 （D ）多能级二. 填空（20分）1． 激光束的基本特性是____________________、______________________________________________________、___________________________。

（4分）2．光和物质相互作用产生受激辐射时，辐射光和照射光具有完全相同的特性，这些特性是指 、 、 和 。

（4分） 3．激光腔振荡模的特征是 、 、、 。

（4分）4．He-Ne 激光器是典型的四能级系统，有三条主要激光谱线，其激光谱线及波长分别为 、 、。

（6分）5．若光束通过1m 长的激光介质以后，光强增大了一倍，此介质的增益系数G 为（2分）三、计算题（44 分）1．（8分）静止氖原子4223P S →谱线中心波长为m μ6328.0，求当它以0.1c 速度向观察者运动时，中心波长变为多大？2．（8分）腔长为0.5m 的氩离子激光器，发射中心频率0ν＝5.85⨯l014Hz ，荧光线宽ν∆＝6⨯l08 Hz ，问它可能存在几个纵模?相应的q 值为多少？ (设μ=1))3．（20分）某激光器()m μλ9.0=采用平凹腔，腔长L ＝1m ，凹面镜曲率半径R ＝2m 。

求：（1） 它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置。

（2） 它产生的基模高斯光束的焦参数。

（3） 它产生的基模高斯光束的远场发散角。

4，（8分）He -Ne 激光器辐射6328Å光波，其方形镜对称共焦腔，腔长L ＝0.2m 。

腔内同时存在00TEM ，11TEM ，22TEM 横模。

若在腔内接近镜面处加小孔光阑选取横模，试问：(1)如只使00TEM 模振荡，光阑孔径应多大？(2)如同时使00TEM ，11TEM 模振荡而抑制22TEM 振荡，光阑孔径应多大？四．论述题（6分） 1．（6分）试述调Q 激光器原理。