激光原理与激光技术试卷
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。
激光原理及应用试卷
激光原理及应用考试时间:第 18 周星期五 ( 2007年1 月 5日)一单项选择（30分）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）多能级二填空（20分）1.任何一个共焦腔与等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。
(4分)2 .光子简并度指光子处于、、、。
（4分）3．激光器的基本结构包括三部分，即、和。
（3分）4．影响腔内电磁场能量分布的因素有、、。
（3分）5．有一个谐振腔，腔长L=1m，在1500MHｚ的范围内所包含的纵模个数为个。
（2分）6．目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是、、和。
（4分）三、计算题（ 42分）1．（8分）求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。
已知＝6328Å，1/f()＝109Hz，＝1，设总损耗率为，相当于每一反射镜的等效反射率R＝l－L＝％，＝10—7s，腔长L＝。
2．（12分）稳定双凹球面腔腔长L＝1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为R1＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。
＝,R23．（12分）从镜面上的光斑大小来分析，当它超过镜子的线度时，这样的横模就不可能存在。
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A答案
06~07激光原理与技术A答案2006-2007学年第1学期《激光原理与技术》A卷试题答案1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30]1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。
按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser）、连续激光器（c.w laser）固定波长输出、波长可调谐的激光器……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的）1.2 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？激光器三个基本组成单元（各自的作用描述方式可以不一样）泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布?n?0。
增益介质：对入射光产生放大作用。
光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。
1.3 对于线宽为??的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？│ν-ν0│= 0.75???时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75??时，洛仑兹函数大于高斯函数值。
1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例.三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n2t。
典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG激光器。
1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率?1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。
即在频率为?1，光强为I?1的强光作用下，使表观中心频率处在?1±(1+ I?1 /Is)1/2???H/2范围内的粒子产生受激辐射，因此在?n???~??曲线上形成一个以?1为中心，宽度约为(1+ I?1 /Is)1/2???H的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。
激光原理与技术试题答案
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]激光的相干时间τc 和表征单色性的频谱宽度Δν之间的关系为___1c υτ∆= 一台激光器的单色性为5x10-10，其无源谐振腔的Q 值是_2x109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A 10等于105 S -1，该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -1 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。
对称共焦腔的=+)(21D A _-1_，就稳定性而言，对称共焦腔是___稳定_____腔。
2. 问答题(选做4小题，每小题5分)[20]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：122'c Rc L δυπτπ∆==；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2202()t c s t outn h n P πυυυ∆=∆。
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。
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22tt n n n +=；四能级系统的上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。
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。
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A卷
2007 ─2008学年 第 1 学期 1 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A 卷)专业：应物 年级：2041/2042 考试方式：闭卷 学分：3 考试时间：120 分钟一、选择题 (每小题 3 分，共 30 分)1．调Q 激光器的脉宽为 量级。
（A ）μs (B) ns (C) ps (D) f s2. 图1是某连续激光经调制后的频谱，调制信号的频率为 。
(A) 50MHz (B) 100MHz (C) 5MHz (D) 20MHz3. 图2是某单模光纤FP 腔的输出光谱，则此FP 腔的自由谱宽为 。
(A) 0.2nm (B) 0.4nm (C) 0.6nm (D) 0.8nm 4. 单模光纤最低损耗工作波长为: 。
(A) 1.55μm (B) 1.31μm (C) 1.06μm (D) 0.85μm 5. 光纤的传输色散主要限制了光纤通信的 .(A) 传输距离 (B) 传输速率 (C) 传输噪声 (D) 传输波长A 卷第 1 页共 页图1 图2 （ 0.800nm/div)6. 图3是某可调谐DFB 激光器输出的光波经过一带通滤波器后的光谱曲线,则此激光器的输出波长约为: .(A) 1550.28nm (B) 1549.48nm (C) 1551.08nm (D) 1550.68nm7. 图4是某锁模脉冲激光器输出的RF 频谱,则此脉冲激光器的重复频率为: .(A) 7MHz (B) 10MHz (C) 5.88 MHz (D) 100MHz8. 当频率的超声波MHz f s 40=在熔凝石英声光介质(n=1.54)中建立起超声场时)/1096.5(5s cm v s ⨯=,波长为m μλ06.1=的入射光所满足布拉格条件入射角为 mrad 。
(A) 2.3×10-1 (B) 2.3×10-2 (C) 2.3×10-3 (D) 2.39. 一个YAG 激光放大器，1730610n cm -∆=⨯，19212510cm σ--=⨯，对一矩形光脉冲放大，已知光束截面是20.5cm ，光子能量191.8610h J ν-=⨯，脉宽为10n s ，能量为50m J ，若要求放大到200m J ，则放大介质的长度应为 .(A) 4.62cm (B) 7.44cm (C) 8.64cm (D) 1.55cm10. 有一掺钕钇铝石榴石激光器(假设折射率为1)，振荡线宽(荧光谱线中能产生激光振荡的范围)Hz osc 101012⨯=∆υ，腔长L=0.5m ，则osc υ∆内可容纳纵模的数目为 。
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激光原理与激光技术试卷
姓名__________ 专业方向__________ 成绩__________
说明： 1 本试卷为2013级研究生2013-2014学年使用；
2 本试卷独立完成，考生可参考书及笔记本，要求2014年1月10日前完成。
一、解释下列名词 (15分)
腔寿命――
纵膜频率间隔――
横膜――
等价共焦腔――
高斯光束焦参数――
二、简答题 (25分)
1.简述激光器的构成及各部分的功能；
2.什么是单程功率损耗？单程功率损耗包括哪些方面？
3.谐振腔的本征纵膜频率间隔与哪些因素有关，起振模式数指什么？
4.影响频率稳定的原因是因为哪些参数发生变化？
5.高斯光束聚焦和准直各有什么特点？与平行光束的聚焦和准直有什么
区别？
三、证明题 (20分)
请用光学变换矩阵的方法证明双凹共焦腔的稳定性。
四、计算题
1.(15分) 一氦氖激光器腔长L = 30 cm，腔内气体折射率 n ≈ 1，其非均
匀加宽的线宽∆νD= 1.5×105 MHz，求：
(1) 该激光器的纵膜频率间隔；
(2) 满足域值条件的纵膜个数；
(3) 为使满足域值条件的纵膜数限制为10，腔长应限制在什么范围？
2.(25分) 一台Nd:YAG激光器(波长λ = 1.06μ m) 采用对称共焦腔结
构，腔长L = 1.2m，求：
(1)求此激光器基膜高斯光束的腰斑半径及镜面上的基膜光斑半径；
(2)求此激光器基膜高斯光束的远场发散角；
(3)求此腔产生的高斯光束焦参数；
(4)求腰处及与腰斑相距2米处的q参数；
(5)请设计一个与该共焦腔腔长相等的，平凹腔结构的等价球面腔，并
画出该共焦腔与等价球面腔的结构示意图。
1。