激光原理复习
激光原理复习知识点
激光原理复习知识点激光原理是激光技术的核心知识之一，它是指光子在受激辐射作用下的放大过程。
下面将详细介绍激光原理的相关知识点。
1.基本概念激光是一种特殊的光，其特点是具有高度的单色性、方向性和相干性。
与常规的自然光不同，激光是一种具有相同频率和相位的光波。
2.受激辐射受激辐射是激光形成的基本原理，它是指当原子或分子受到外界能量激发后，处于激发态的原子或分子会通过辐射的方式从高能级跃迁到低能级，此时会放出光子能量，并与入射光子保持相位一致。
3.激光产生的条件为了产生激光，需要满足以下条件：-有大量的原子或分子处于激发态。
-具有一个能够增加原子或分子跃迁概率的辐射源。
-有一种方法可以让过多的激发态原子或分子跃迁到基态。
4.激光器的结构激光器通常由三个基本部分组成：激活介质、泵浦系统和光学腔。
-激活介质是产生激励能量的介质，如气体、液体或固体。
-泵浦系统是用来提供能量，并将大量原子或分子激发到激发态的装置。
-光学腔是由两个或多个高反射镜组成的光学结构，用来反射和放大光。
5.激光的放大激光的放大是通过在光学腔中来回传播，不断受到受激辐射的作用而增强光波的幅度。
通常，在光学腔中的一个镜子上镀膜，具有高反射率，而另一个镜子具有部分透射和部分反射的特性，用来逐渐放大光。
6.激光的增益介质增益介质是指能够提供光放大的介质，如气体（如CO2、氦氖）、固体（如Nd:YAG）或半导体（如激光二极管）等。
这些介质中的原子或分子通过与激励能量的相互作用，从而达到受激辐射的能量放大。
7.激光的产生方式激光可以通过多种方式产生，其中包括：-激光器：使用激光介质和泵浦系统来产生激光。
-激光二极管：使用半导体材料制成的二极管来产生激光。
-激光腔：使用自激振荡的原理来产生激光。
8.激光的应用激光具有广泛的应用领域，包括但不限于：-激光切割和焊接：激光切割和焊接用于金属加工、制造业等领域。
-激光打印：激光打印用于打印机和复印机等办公设备中。
激光原理复习资料
1，全息照相是利用激光的相干性好特性的照相方法。
2，能够完善解释黑体辐射实验曲线的是普朗克公式,3，什么是黑体辐射？写出公式,并说明它的物理意义。
答：黑体辐射：当黑体处于某一温度的热平衡情况下，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存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。
公式：物理意义：在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。
4，爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是自发辐射、受激发射、受激吸收。
5，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相干，原子受激辐射的光与入射光不相干。
B，两个原子自发辐射的同频率的光不相干，原子受激辐射的光与入射光相干。
C，两个原子自发辐射的同频率的光不相干，原子受激辐射的光与入射光不相干。
D，两个原子自发辐射的同频率的光相干，原子受激辐射的光与入射光相干。
6，Einstein系数有哪些？它们之间的关系是什么？答：系数：自发跃迁爱因斯坦系数A21，受激吸收跃迁爱因斯坦系数B12，受激辐射跃迁爱因斯坦系数B21关系：，，f1, f2为E1, E2能级的统计权重(简并度)。
7，自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为（）A, B, C, D,8，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？答：光的相干性: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：光沿传播方向通过相干长度所需的时间，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。
相干体积：如果在空间体积内各点的光波场都具有明显的相干性，则称为相干体积。
9，光腔的损耗主要有几何偏折损耗、衍射损耗、透射损耗和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。
激光原理复习提纲
第一章激光的基本原理1.光子的波动属性包括什么？动量与波矢的关系？光子的波动属性包括什么？质量与频率的关系？2概念：相格、光子简并度3光的自发辐射、受激辐射爱因斯坦系数的关系4.形成稳定激光输出的两个充分条件是起振和稳定振荡。
形成激光的两个必要条件是粒子数反转分布和减少振荡模式数5.激光器由哪几部分组成？简要说明各部分的功能。
6.自激振荡的条件？7.简述激光的特点？课后习题：1、5、7、8第二章开放式光腔与高斯光束1.开放式谐振腔按照光束几何偏折损耗的高低，可以分为稳定腔、非稳腔、临界腔。
2.驻波条件，纵模频率间隔3.光线在自由空间中行进距离L时所引起的坐标变换矩阵式什么？球面镜的对旁轴光线的变换矩阵?4.稳定腔的稳定性条件？非稳腔的条件？会计算。
典型的临界腔有哪些？5. 纵模与横模的物理意义.6.共焦腔模式特征（基模镜面上的光斑尺寸，束腰的大小、等相位面的曲率半径、谐振频率、远场发散角）。
高斯球面波在其传输轴线附近可近似看作是一种非均匀球面波。
7.任意一个共焦球面腔与无穷多个稳定球面腔等价，任一稳定腔唯一等价于某一个共焦腔，这里的等价是指行波场相同。
8.高斯光束的q参数在自由空间中的传输规律？q参数通过薄透镜的变换公式为？9.高斯光束束腰的变换公式10.为了使高斯光束获得良好聚焦，通常采用的方法是什么？准直的方法？课后习题：3、5、10、11、24第三章电磁场和物质的共振相互作用1.均匀加宽的机制包括什么？非均匀加宽的机制包括什么？2.说明均匀加宽与非均匀加宽的区别。
3. 对于气体工作物质，主要的加宽类型是由碰撞引起的均匀加宽和多普勒加宽。
其线型函数是什么？两种加宽类型如何过渡？4.能画出三能级系统的结构示意图，说明每个能级的意义。
能列出四能级系统的速率方程组。
5.均匀加宽中，入射光频率1ν偏离中心频率0ν越远，增益系数的饱和作用越弱。
当入射光频率1ν等于中心频率0ν时，增益系数的饱和作用最强 。
激光原理复习自整理详解
第一章 激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好 波尔兹曼定律：根据统计规律，大量粒子组成的系统，在热平衡条件下，原子数按能级分布服从波尔兹曼定律：kT E i i i eg -∞n 推论：假设gi=gj1.当E2-E1很小，且12-E E E =∆<< kT 时，112n =n ， 2.当E2>E1时，n2<n1. 说明高能粒子数密度总是较小3.当E1为基态，E2距离很远时，即E2>E1,012n =n ,说明绝大多数粒子为基态 普朗克公式：11h 8hv 33v -=kT e c v πρ 爱因斯坦关系：自发辐射，受激辐射，受激吸收之间的关系332121hv 8cB A π= 212121g B g B = 光子简并度g ：处于同一光子态的光子数。
含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 特点：1各粒子自发，独立的发射光子；2非相干光源光功率密度：212)()t (q A t hvn =自受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子特点：1只有外来光频率满足12hv E E -=；2 受激辐射所发射的光子与外来光特征完全相同，相干光源【频率，相位，偏振方向，传播方向】，光场中相同光子数量增加，光强增加，入射光被放大，即光放大过程光功率密度：v B t hvn t ρ212)()(q =激光功率密度比：v v hv ρπλρπh88c q q 333==自激 增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。
谱线宽度：线型函数在ν0时有最大值，下降至最大值的一半，对应得宽度。
激光原理复习知识点
一 名词解释1. 损耗系数及振荡条件:0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。
α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。
2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。
按上式定义的v∆称为谱线宽度。
3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。
4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。
5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。
定义p v P w Q ξπξ2==。
ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。
v 为腔内电磁场的振荡频率。
6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。
7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。
这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。
8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。
9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。
（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。
激光原理复习自整理详解
激光原理复习自整理详解激光（Laser）是指将电能、化学能、光能等不同形式的能量转化为相干单色光束的一种装置。
激光器可精密控制光的时间、空间强度分布，因此被广泛应用于科学研究、医疗、通信、制造等领域。
激光的产生是基于光放大原理和光产生原理。
光放大原理即光在经过光学放大介质时，通过受激辐射过程放大而得到激光。
光产生原理则是指在光学放大介质中，通过受激辐射过程得到的初级激光，再经过多次光放大过程最终得到激光。
下面就详细介绍激光的产生原理。
1.激光器的组成激光器主要由光学谐振腔、激光介质和泵浦源三部分组成。
-光学谐振腔：用于延长光在激光器中的传播距离，增强激光的反射和放大效应。
-激光介质：负责将入射光转化为激光的介质，常见的激光介质有气体、固体和液体等。
-泵浦源：为激光介质提供能量，使其处于各能级的适当分布。
2.可逆过程和受激辐射受激辐射是产生激光的基本原理之一、当激光介质从低能级跃迁到高能级时，如果有一束与该过程产生的光子完全匹配的入射光通过，该过程将被增强。
这是一种受激辐射过程，其与自发辐射（即自发跃迁）形成了对称关系。
3.反射和放大过程激光器中的光线会在光学谐振腔内被多次反射，导致光线的衰减和放大。
谐振腔中有两个镜子，其中一个镜子是半透明的，称为输出镜，另一个镜子是全反射的，称为输入镜。
-当光线经过输出镜时，一部分光经过透射，成为激光器的输出光。
经过透射的光具有激光的特性，即单色、相干和定向等。
-另一部分光线经过反射，回到激光介质中，形成了反射光。
反射光在激光介质中被吸收、放大，然后再次被反射。
这个过程中，入射光不断放大，最终形成激光。
激光产生的过程可以概括为：泵浦源提供能量给激光介质，使其处于激发态；谐振腔内的光经过多次的反射和放大，形成激光。
总之，激光产生的原理是基于光放大和受激辐射过程，通过泵浦源提供能量给激光介质，经过光学谐振腔的多次反射和放大，最终形成相干单色激光。
激光具有独特的光学特性，广泛应用于各个领域。
激光原理复习总结
激光原理复习总结一、填空1、处于同一光子态的光子数叫做光子简并度，它具有以下四种含义为：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
2、光和物质共振相互作用的三个过程是自发辐射跃迁、受激吸收跃迁、受激辐射跃迁。
其中，跃迁几率只与原子系统性质相关的是自发辐射跃迁，既与原子系统性质相关又与周围辐射场相关的是受激吸收跃迁和受激辐射跃迁。
3、激光的四性包括高的单色性、高的方向性、高的相干性、高的亮度；总结起来，即激光具有高的光子简并度。
4、光学开腔的损耗大致可分为以下四类：几何偏折损耗、衍射损耗、腔镜反射不完全引起的损耗、材料非激活吸收、散射、腔内插入物引起的损耗。
其中，与光模式相关的损耗包括几何偏折损耗、衍射损耗，称为选择性损耗，而与光模式关系不大的损耗有腔镜反射不完全引起的损耗、材料非激活吸收、散射、腔内插入物引起的损耗，称为非选择性损耗。
5、三能级系统所需的阈值能量比四能级所需的要大，损耗对小。
三能级系统的影响要比对四能级的影响。
6、激光调Q的目的是获得脉宽窄、峰值功率高的激光脉冲。
7、典型的稳频方法有兰姆凹陷稳频、可饱和吸收稳频(或反兰姆凹陷稳频 )、塞曼效应稳频、无源腔稳频(F-P标准具稳频)8、激光的频率稳定特性包含频率稳定性和频率复现性。
9、常用的激光调Q方法有机械转镜调Q、电光调Q、声光调Q、可饱和吸收调Q(被动调Q)、脉冲透射式调Q(腔倒空)。
10、为了实现单横模输出，常用的模式选择方法主要有光阑法选横模、谐振腔参数g、N选择法选横模、非稳腔选横模、微调谐振腔法选横模。
11、常用的单纵模选择法有短腔法、行波腔法、F-P标准具法(选择性损耗法)。
12、2N+1个纵模锁定后的峰值功率变为未锁模时得(2N+1)2倍，相邻锁模脉冲极大值的间隔为无源腔纵模间隔的倒数，每个锁模脉冲的宽度为无源腔纵模间隔的(2N+1)倍的倒数。
二、判断（错）3、激光的四大特性并非相互独立的。
激光原理复习题(含参考答案)
激光原理复习题（含参考答案)1．自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为(B）2. 爱因斯坦系数A2１和B2１之间的关系为( C)3. 自然增宽谱线为（C)（A) 高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型(Ｄ)双曲线型４. 对称共焦腔在稳定图上的坐标为( Ｂ）（A)(-1,-1）（B）(0，０)(C)（1,1）(D）(0，１）5．阈值条件是形成激光的(C)（A)充分条件(B)必要条件（Ｃ)充分必要条件（D)不确定6．谐振腔的纵模间隔为( B ）７. 对称共焦腔基模的远场发散角为（C)8．谐振腔的品质因数Q衡量腔的( C ）（A)质量优劣（B)稳定性(C）储存信号的能力(D）抗干扰性９．锁模激光器通常可获得( Ａ）量级短脉冲１0. ＹAG激光器是典型的（C)系统（Ａ）二能级（B）三能级（C) 四能级（D）多能级11. 任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价,而任何一个满足稳定条件的球面腔唯一地等价于一个共焦腔。
12. 激光器的基本结构包括三部分，即工作物质、激励物质光学谐振腔。
13.有一个谐振腔,腔长Ｌ=１ｍ,在150０MH z的范围内所包含的纵模个数为１0个（设μ=1)。
14.激光的特点是相干性强、单色性佳、方向性好高亮度。
１５ 调Q 技术产生激光脉冲主要有 、 两种方法,调Q激光器通常可获得ｎs 量级短脉冲，锁模有 和 两种锁模方式。
锁模 、 调Q 主动锁模 被动锁模 16.受激辐射激励发射出的光子与外来光完全相同，即 , , ,。
传播方向相同，相位相同，偏振态相同，频率相同１7写出光与物质相互作用的爱因斯坦关系式,说明其物理含义。
答:（１)自发辐射跃迁几率2121211sp s dn A dt n τ⎛⎫== ⎪⎝⎭,表示了单位时间内从高能级向低能级跃迁的原子数与高能级原有粒子数的比例。
(2)受激吸收跃迁几率121211st dn W dt n ⎛⎫= ⎪⎝⎭，表示单位时间内由于受激跃迁引起的由低能级向高能级跃迁的原子数和低能级原子数的比例。
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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 πδφ C. 0,20≥∆-=n q πδφ D. 0,20≥-=G q πδφ3. 下列腔型中，肯定为稳定腔的是 C 。
A. 凹凸腔 B. 平凹腔 C. 对称共焦腔 D. 共心腔4. 下面物理量哪一个与激光器阈值参数无关， D 。
A. 单程损耗因子 B. 腔内光子平均寿命 C. Q 值与无源线宽 D. 小信号增益系数5. 一般球面稳定腔与对称共焦腔等价，是指它们具有： A 。
A.相同横模 B.相同纵模 C.相同损耗 D . 相同谐振频率6. 下列公式哪一个可用于高斯光束薄透镜成像 A 其中if z q +=，R 为等相位面曲率半径，L 为光腰距离透镜距离。
A ．F q q 11121=-；B. F R R 11121=-；C. F L L 11121=-；D.FL L 11121=+ 7. 关于自发辐射和受激辐射，下列表述哪一个是正确的 C 。
A. 相同两能级之间跃迁，自发辐射跃迁几率为零，受激辐射跃迁几率不一定为零；B. 自发辐射是随机的，其跃迁速率与受激辐射跃迁速率无关；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 晶体沿纵向加电压，折射率椭球感应主轴旋转了 45度，如果所加的电压为“半波电压”，则线偏振光偏振方向将旋转90度。
3. 横向电光调制中，存在自然双折射影响。
4. 拉曼-纳斯声光衍射产生多级衍射光，布拉格衍射只产生一级衍射光。
5. 布拉格衍射可用于声光移频和光束扫描；当进行光束扫描时，通过改变超声波的 频率 来实现偏转。
声光调制通过改变超声波的 功率 来实现。
6. 调Q 就是调制激光器 损耗，当反转集居数密度较低时，Q 值很低，激光器不能振荡；当反转集居数密度 最大 时，突然增加Q 值，激光器迅速振荡，形成最大功率的巨脉冲。
7.电光调Q 脉冲能量比较高，但重复频率 低；声光调Q 脉冲能量比较低，但重复频率比较 高。
8. 锁模激光器输出周期为CL2的脉冲串，脉冲峰值功率正比于模式数目的平方。
9.有效光学倍频、光学参量振荡等二阶非线性必须满足相位匹配条件。
10.倍频和光学参量振荡基于二阶非线性极化，光学相位共轭基于三阶非线性极化。
三、简答题（共10分）1.给出一至二个光子概念实验例子（3分）黑体辐射、光电效应、康普顿散射。
2.带偏振器的电光调Q 激光器中在电光晶体上加4/λ电压，为什么不是2/λ电压（3分）往返通过。
3. 倍频对晶体对称性有怎样的要求（4分）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。
（2分）分配在一个模式中自发辐射跃迁速率等于相同模式内一个光子扰动所产生的受激辐射速率。
2. 简述非均匀加宽工作物质“烧孔”现象（6分）频率为1ν的光入射到非均匀加宽工作物质，只有表观中心频率1'v =ν附近的原子与光有有效相互作用；表观中心频率远离光频率1v 的原子没有有效相互作用。
（3分）因此在表观中心频率1'0v =ν附近，由于饱和效应反转集居数密度下降；在表观中心频率远离光频1v ，反转集居数密度不变。
所以在1'v =ν附近，增益系数下降，其它频率处增益系数仍为小信号增益，形成一凹陷，称为“烧孔”。
（3分）3. 简述兰姆凹陷成因（6分）气体多普勒加宽激光器，腔内相反方向传播的两束激光，当激光频率不等于原子中心频率时，两束激光与不同表观中心频率原子相互作用，有两部分原子对激光增益有贡献；当激光频率等于原子中心频率时，两束激光与都与中心频率原子相互作用，只有一部分原子对激光的增益有贡献。
（3分）所以当激光频率不等于原子中心频率，但离中心频率不远时，两部分原子对激光的贡献比一部分原子贡献大，因此在激光频率等于原子中心频率出，激光器输出功率比激光频率在中心频率附近低。
这个现象称为兰姆凹陷。
（3分）4. 画出电光强度调制器原理图（4分） 5．简述电光调制原理（8分）电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间，其中起偏器1P 的偏振方向平行于电光晶体的x 轴，检偏器2P 的偏振方向平行于y 轴，当沿晶体z 轴方向加电场后，它们将旋转045变为感应主轴'x ，'y 。
因此，沿z 轴入射的光束经起偏器变为平行于x 轴的线偏振光，进入晶体后(0=z )被分解为沿'x 和'y 方向的两个分量。
（3分）当光通过长度为L 的晶体后，由于电光效应，'x E和'y E 二分量间就产生了一个相位差。
成为椭圆偏振光，再经过检偏正器P2时，只有平行于y 轴的光能通过。
（3分） 1/4波片的作用是将工作点置于斜率最大处。
五.计算证明题 (每题10分，共20分)1．证明：采用传输矩阵证明任意高斯光束在对称共焦腔中均可自再现。
（5分） 对称共焦腔往返传播矩阵 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1001T （2分） 自再现变换111112)1(001q q q D Cq B Aq q =-+⨯+⨯-=++=2、稳定谐振器的两块反射镜，其曲率半径cm R 401=，cm R 1002=，激光波长为nm 500.（15分） （1）求腔长L 取值范围；（2）选择腔长为cm 120，求稳定腔等价共焦腔焦距f ；（3）高斯光束束腰位置及束腰半径0ω；1）求腔长L 取值范围；（2）选择腔长为cm 120，求稳定腔等价共焦腔焦距f ；（3）高斯光束束腰位置及束腰半径0ω；解：（1）激光稳定性条件1)1)(1(021≤--≤R L R L 得1)1001)(401(0≤--≤LL ，…………………(5分) 进一步得cm L 400≤≤或cm L 140100≤≤（2）[]22121212)()())()((R L R L L R R L R L R L f -+--+--=代入后得cm f 59.19=…………………………………….… (5分) （3）[]cm R L R L L R L z 24)()()(2121-=-+--=mm f w 177.010*******.19092=⨯⨯⨯==--ππλ………….……(5分)激光原理试题： 一. 填空: （每孔1分，共17分）1. 通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值 高 。
2. Nd:YAG 激光器可发射以下三条激光谱线 946 nm 、 1319 nm 、 1064 nm 。
其中哪两条谱线属于四能级结构 1319 nm 、 1064 nm 。
3. 红宝石激光器属于 3 几能级激光器。
He-Ne 激光器属于 4 能级激光器。
4. 激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和 相干性好5. 激光器的基本组成部分 激活物质、 激光谐振腔 、 泵浦源 。
6. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为 阈值 增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率 相等.7. 调Q 技术产生激光脉冲主要有 锁模 、 调Q 两种方法。
二、解释概念：1. 基模高斯光束光斑半径：激光光强下降为中心光强21e点所对应的光斑半径.2. 光束衍射倍率因子 光束衍射倍率因子=角基膜高斯光束远场发散基膜高斯光束束腰半径实际光束远场发散角实际光束束腰半径⨯⨯3. 一般稳定球面腔与共焦腔的等价关系： 一般稳定球面腔与共焦腔的等价性：任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价；任何一个稳定球面腔唯一地等价于一个共焦腔。
4. 基模高斯光束远场发散角；与束腰半径的关系：答： 气体激光器中多普勒加宽烧孔效应：由于腔镜的作用，腔内模Φ1频率1ν可看成两束沿相反方向传输的行波+Φ1、-Φ1的迭加。
如果1Φ足够强，则分速度为z υ±（01νννυ--=cz ）的反转粒子数都会出现饱和效应，()νν~n ∆曲线在对称于νo 两侧的1ν和102νν-处出现两个烧孔。
这是同一模式与z υ±运动粒子相互作用的结果，因此二个烧孔是关联的，即同时出现。
三、问答题：（共32分，每小题8分）1. 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组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: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.: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.5.说明激光的基本特性说明描述激光的时间相干性的两个物理量以及两者之间相互关系（7分） 答： 激光具有单色性好、方向性好、良好的相干特性以及亮度高的特性。
（3分） 描述激光时间相干性的物理参量为相干时间τ和相干长度L ，两者之间的相互关系为τ⋅=c L ，上式中c 为光速。