激光原理实验题目
激光原理与技术习题
7．1说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量随时间的变化。
答：（1）利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理：
因为激光物质上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，为使上能级积累大量的粒子，就可以在激光器开始泵浦初期，设法将激光器的阈值调的很高，抑制激光振荡的产生，使激光上能级的反转粒子数大量积累，当粒子数达到最大时，然后突然调低阈值，这样，积累在上能级的粒子便雪崩式的跃迁到低能级，在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲。
6.2在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1/4波片，它的轴向应如何设置为佳? 若旋转1/4波片，它所提供的直流偏置有何变化?
答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V1/4的固定偏压(Ex’和Ey’的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点上。
3.7某二氧化碳激光器，用平-凹腔，L＝50厘米，R＝2米，2a＝1厘米，λ＝10.6微米。试计算ω01、ω02、ω0、θ各为多少？
4.1 静止氖原子的3S2-2P4谱线中心波长为632.8nm，设氖原子分别以0.1c、0.4c和0.8c的速度向着观察者运动，向其中心波长分别变为多少？
根据公式（激光原理P136）
根据P138页的公式4.3.26可知，多普勒加宽：
因此，相干长度为：
根据题中给出的氦氖激光器单色性及氦氖激光器的波长632.8纳米，可根据下述公式得到氦氖激光器的相干长度：
可见，即使以前最好的单色光源，与现在的激光光源相比，相干长度相差2个数量级。说明激光的相干性很好。
激光原理例题
长度分别为 l1 和 l2 ，则 l1 + l + l2 = L 。设此时的等效腔长为 L ' ，则
1 0
L ' 1
=
1 0
l2 1 1 0
0 1 η 0
l 1 1 0
0 1 1 η 0
l1 1
=
1 0
过谱，试求：
(1) 激光波长λ；
2.5 MHz
(2) F-P 腔腔长 L；
ν
5 ×1014
Hz
(3) F-P 腔 的 精 细 度 F ；
图 2.6
(4) F-P 腔腔内光子寿命τ R ； (5) 如果 F-P 腔内充满增益系数为 g 的介质，为了得到自激振荡，g 应为多 少？
例 7、圆形镜对称共焦腔 TEM00 模和 TEM01 模在镜面处通过半径 a = w0 的 圆孔光阑后，所损失的能量百分比各为多少？
2
m2
w '0 = 0.082 ×10−3m=82μm 例 9、两只氦氖激光器的结构如图所示。问：在什么位置？插入一个焦距为多大 的薄透镜才能实现两个腔之间的模匹配？
R1 = 1m
R2 = ∞
R1 ' = 50cm R2 ' = ∞
L = 30cm
L ' = 25cm
d = 50cm
解： 由图中数据可知左右两谐振腔都是稳定腔。设左右谐振腔产生的高斯光束共 焦参数分别为 f 和 f ' ，可得
此往返传输周期的光线矩阵为
T
=
1 0
L ' 1
1
−
2
R
0
1
1 0
L ' 1
激光原理习题答案
激光原理习题答案激光是一种特殊的光源，它具有高度的单色性、相干性、方向性和亮度。
激光的产生基于受激辐射原理，即当原子或分子被激发到高能级状态后，受到外部光子的激发，以相同的频率、相位和方向释放出光子。
以下是一些激光原理习题的答案：1. 激光的产生条件：- 粒子数反转：在激光介质中，高能级上的粒子数必须大于低能级上的粒子数。
- 光学谐振腔：激光器内部需要有一个反射镜和一个半反射镜构成的谐振腔，以形成反馈机制。
2. 激光的分类：- 固体激光器：如红宝石激光器、Nd:YAG激光器等。
- 气体激光器：如氦氖激光器、CO2激光器等。
- 半导体激光器：也称为激光二极管，广泛应用于通信和数据存储。
3. 激光的特性：- 单色性：激光的波长非常窄，颜色非常纯净。
- 相干性：激光的光波具有相同的频率和相位。
- 方向性：激光束具有很好的方向性，发散角很小。
4. 激光的应用：- 医学：用于手术切割、治疗等。
- 工业：用于材料加工，如焊接、切割、打标等。
- 通信：光纤通信中使用激光作为信号载体。
5. 激光的安全问题：- 激光可能对眼睛造成损伤，使用时应采取适当的防护措施。
- 激光器应按照安全等级分类，并遵守相应的操作规程。
6. 激光器的工作原理：- 泵浦源提供能量，将介质中的粒子激发到高能级。
- 高能级粒子在受到外部光子的激发下，通过受激辐射释放出光子。
- 释放的光子在谐振腔中来回反射，不断被放大，最终形成激光束输出。
7. 激光的调制和调Q技术：- 调制：通过改变激光的参数（如频率、强度）来传输信息。
- 调Q：通过改变谐振腔的品质因数，实现激光脉冲的压缩和放大。
8. 激光的光谱特性：- 激光的光谱非常窄，通常用线宽来描述。
- 线宽越窄，激光的单色性越好。
9. 激光的相干长度：- 相干长度是激光在保持相干性的情况下能够传播的最大距离。
10. 激光的发散角：- 发散角是激光束在传播过程中的扩散程度，与激光的模式有关。
以上是一些基本的激光原理习题答案，希望能够帮助理解激光的基本原理和特性。
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。
激光原理例题
例1 由凸面镜和凹面镜组成的球面腔，如果凸面镜曲率半径为2米，凹面镜曲率半径为3米，腔长L 为1米，腔内介质折射率为1，此球面镜腔是何种腔（稳定腔、临界腔、非稳腔）？。
当腔内插入一块长为0.5米，折射率2η=的其它透明介质时（介质两端面垂直于腔轴线），此时谐振腔为何种腔（稳定腔、非稳腔、临界腔）？解：设凸面镜与凹面镜曲率半径分别为R 1和R 2，当腔内未插入其它透明介质时12111111123L L R R −−=−−= − 即121g g =，该腔为临界腔。
当腔内插入其它介质时，设该介质的长度为l ，该介质左右两边剩余的腔内长度分别为1l 和2l ，则12l l l L ++=。
设此时的等效腔长为'L ，则212111'11011010101001010101l l l L l l l ηηη ++ == ()120.5m 3'0.5m m 24l l L l l L l ηη=++=−+=+= 1212''343433*********L L g g R R =−−=−−=> − 此时腔为非稳腔。
例2 如图所示谐振腔：(1) 画出其等效透镜序列。
如果光线从薄透镜右侧开始，反时针传播，标出光线的一个往返传输周期；(2) 求当/d F （F 是透镜焦距）满足什么条件时， 谐振腔为稳定腔；(3) 指出光腰位置（不用计算）。
解：(1) 该谐振腔的等效透镜序列如图2.5所示。
图2.5(2) 列出光在该谐振腔中传输一个周期的变换矩阵1013131/1011/3/1A B d d T C D F F d F === −−−+由稳定性条件可得3113111222d A D d F F−++<==−< 由上式可得谐振腔稳定时，应满足 403d F << (3) 此腔可等效为对称球面镜腔，其光腰应位于该等效腔的中心，因此光腰位置在上方平面镜表面处。
激光原理习题-问答精选全文完整版
10、什么是频率牵引？
12、高阶高斯光束有哪些？
13、什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性?
14、如何计算一般稳定球面腔的主要参量？
15、什么是腔的菲涅耳数？它与腔的损耗有什么关系？
16、高斯光束的表征方法有哪些？什么是q参数？
17、高斯光束q参数的变换规律是什么？
18、什么是高斯光束的自再现变换？
19、高斯光束的自再现变换与稳定球面腔有什么关系物理基础是什么？
9.描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
10、Einstein系数有哪些？他们之间的关系是什么？
11、什么是热平衡时能级粒子数的分布？
12、产生激光的必要条件是什么？
13、什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？
14、如何定义激光增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和？（可结合第三章内容）
7.分析三能级和四能级系统中粒子在各能级之间的跃迁过程，并写出速率方程。
8.说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理，并写出激光增益的表达式。
9.饱和光强有什么含义？怎么定义的？
10、什么是小信号增益、大信号增益？
11、在强光入射下，均匀加宽和非均匀加宽工作物质中，弱光的增益系数如何变化？
12、描述非均匀加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效应”，并说明原理。
15、什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？
16、如何理解激光的空间相干性与方向性？如何理解激光的时间相干性？如何理解激
光的相干光强？
第二章
开放式光腔与高斯光束
1.什么是谐振腔的谐振条件？
2.如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目?
3.在激光谐振腔中有哪些损耗因素？
激光的技术习题
激光原理与技术实验YAG 多功能激光实验系统光路图实验内容一、固体激光器的安装调试1、安装激光器。
2、调整激光器，使输出脉冲达最强二、激光参数测量1、测量自由振荡情况下激光器的阈值电压。
2、测量脉冲能量和转换效率。
3、测量光束发散角。
三、电光调Q 实验研究1、调整Q 开关方位，寻找V λ/4 。
2、确定延迟时间。
3、测试动静比。
四、倍频实验1、测量倍频光能量与入射角的关系。
2、倍频效率的测量。
五、激光放大实验1、放大器放大倍率测量。
2、放大器增益测量3、最佳时间匹配测量。
M 1脉冲氙灯 脉冲氙灯第一章 习题1、请解释（1）、激光Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation辐射的受激发射光放大（2）、谐振腔在工作物质两端各放上一块反射镜，两反射镜面要调到严格平行，并且与晶体棒轴垂直。
这两块反射镜就构成谐振腔。
谐振腔的一块反射镜是全反射镜，另一块则是部分反射镜。
激光就是从部分反射镜输出的。
谐振腔的作用一是提供光学正反馈，二是对振荡光束起到控制作用。
（3）、相干长度从同一光源分割的两束光发生干涉所允许的最大光程差，称为光源的相干长度，用∆Smax 表示，相干长度和谱线宽度有如下关系：∆Smax = λ2 / ∆ λ光源的谱线宽度越窄，相干性越好。
2、激光器有哪几部分组成？一般激光器都具备三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。
3、激光器的运转方式有哪两种？按运转方式可分为： 脉冲、连续 ，脉冲分单脉冲和重复脉冲。
4、为使氦氖激光器的相干长度达到1km ，它的单色性∆λ/λ应为多少？109max 10328.61016328.0-⨯=⨯==∆mm S μμλλλ第二章 习题1、请解释（1）、受激辐射高能态E 2 的粒子受到能量 h ν = E 2 - E 1 光子的刺激辐射一个与入射光子一模一样的光子而跃迁到低能级 E 1 的过程称受激辐射.（2）高斯光束由凹面镜所构成的稳定谐振腔中产生的激光束即不是均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高斯光束，沿 Z 方向传播的高斯光束的电矢量表达式为：)]())(2(exp[])()(exp[)(),,(222220z i z z R y x ik z y x z A z y x E ϕωω+++-∙+-= 高斯光束是从z<0处沿z 方向传播的会聚球面波,当它到达z=0处变成一个平面波,继续传播又变成一个发散的球面波.球面波曲率半径R(z)>z,且随z 而变.光束各处截面上的光强分布均为高斯分布.（3）、增益饱和受激辐射的强弱与反转粒子数 ∆N 有关，即增益系数G ∝ ∆N ，光强 I ∝ ∆N 。
2024-2025激光原理考题
北京化工高校2024——2024学年其次学期课程名称：《激光原理》期末考试试卷班级：姓名：学号：分数：一、填空（25分）1．兰姆凹陷发生在（综合加宽，非匀称加宽，纯多普勒加宽）介质激光器中。
HeNe激光器是一种（固体、半导体、气体）激光器，其光波长可以是（0.6328A，6943A，3.39μm）。
通常状况下，我们见到的HeNe 激光器发光的颜色是（红色，蓝色，黄色）。
一般状况下，由（两平面镜，一平一凹镜，两凹面镜）组成He-Ne激光谐振腔，两反射镜的透射率是腔的（主要，次要）损耗，只有当（腔长，放电区，毛细管）足够长时，增益才大于损耗，形成激光。
He-Ne激光介质是（综合加宽，非匀称加宽，纯多普勒加宽）介质，多普勒宽度（约1500MHZ，300MHZ，20MHZ），碰撞加宽和充气压（成反比，成正比，无关）。
在激光器内，一个恰为增益线中心频率的谐振频率在增益线上烧（一个孔，两个孔，对称于v的两个孔）。
激光损耗越大，孔（越深，越浅，越宽）。
2．在介质发光时自发放射，受激放射，受激汲取总是（同时，不同时，一种或两种）存在，自发放射几率与介质内光强度（有关，无关，成正比）。
产生激光的条件是（增益大于损耗，有泵浦，有受激放射），满意谐振条件的频率（有形成振荡的可能，不能振荡，形成振荡）。
光放大的条件是（下能级粒子数多于上能级，损耗小于增益，上能级粒子数多于下能级）。
3. 随意一个共焦球面腔与（一个，多个，无穷多个）稳定球面腔等价；随意一个满意稳定性条件的球面腔可以与（唯一一个，多个，无穷多个）共焦腔等价。
4. 在匀称加宽中，每一发光原子对光谱线内（全部频率，多个频率，一个频率）有贡献；在非匀称加宽中，原子体系中每个原子发光只对谱线内（特定频率，一个频率，多个频率）有贡献。
假如对于某种气体激光介质，主要的加宽类型是由碰撞引起的加宽和由多普勒效应引起的加宽，因此在求线型函数时，要考虑（匀称加宽，非匀称加宽，综合加宽）。
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实验一：氦氖激光器
1.氦氖激光功率与发散角的测量实验
2.氦氖激光功率稳定性测量实验
实验二：
1.氦氖激光器模式竞争观测与测量实验
2.氦氖激光器偏振特性的测量实验
3.氦氖激光横模（单横模，多横模）变换与光束测量实验（？）
实验三：
1.氦氖激光高斯光束参数测量（束腰位置，高斯光强分布，质心位置，瑞利长度，远场发散角）实验；
2.高斯光束变换（准直，扩束，聚焦）与测量实验
实验四：（暂不做）
1.氦氖激光器谐振腔的观察及调整实验
实验五：半导体泵浦固体激光器
1.半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法
2.研究激光器的倍频效应及其测量实验（532mn）
3.激光倍频匹配角选择实验（测量532mn绿光功率比较选出最佳角度）实验六：
2.半导体泵浦固体激光器阈值测量及功-功转换效率测量实验（1064mn）
3.研究腔长和不同透过率对固体激光器效率的影响（1064mn）
实验七：
6.LD泵浦固体激光器光斑尺寸的测量实验
7.LD泵浦固体激光器远场发散角的测量实验
半导体泵浦固体激光器注意事项
1.半导体激光器（LD）对环境有较高要求，因此本实验系统需放置于洁净实验室内。
实验完成后，应及时盖上仪器罩，以免LD沾染灰尘。
2.LD对静电非常敏感。
所以严禁随意拆装LD和用手直接触摸LD外壳。
如果确实需要拆装，请带上静电环操作，并将拆下的LD两个电极立即短接。
3.不要自行拆装LD电源。
电源如果出现问题，请与产家联系。
同时，LD电源的控制温度已经设定，对应于LD的最佳泵浦波长，请不要自行更改。
4.LD、耦合系统、激光晶体，两两滑块之间距离大约为32mm、8mm，经调整好以后最好不要随意变动，以免影响实验使用。
5.准直好光路后需用遮挡物（如功率计或硬纸片）挡住准直器，避免准直器被输出的红外激光打坏。
6.实验过程避免双眼直视激光光路。
人眼不要与光路处与同一高度，最好能带上激光防护镜操作。
实验八：半导体激光器
1.半导体激光器的特性测量（I-P特性曲线、发散角、偏振度等）
注意：半导体激光器的 p-n结非常薄，极易被击穿，所以在开、关半导体激光器的电源时，一定要防止浪涌电流的产生，否则将有可能损坏半导体激光器。
开启时，先开电源开关，再开电流开关。
关闭时，先将电流调节旋钮逆时针旋转到底，使输出电流最小（最小输出电流大于0mA，切勿用力调节旋钮），再关电流开关，最后关闭电源开关。
2.实验过程中，实验者不可以直视激光束，以免眼睛受到损伤。
3.半导体激光器不能承受电流或电压的突变。
若使用不当容易损坏。
当电路接通时，半导体激光器的注入电流必须缓慢地上升，不要超过65mA，以防半导体激光器损坏。
使用完毕，必须将半导体激光器的注入电流降回零。
4.静电感应对半导体激光器也有影响。
如果需要用手触摸半导体激光器外壳或电极时，手必须事先触摸金属一下。
5.周围的大型设备的启动和关闭极易损坏半导体激光器，遇到这种情况时，应先将半导体激光器的注入电流降低到零，然后再开关电器。