激光原理与技术期末考试B卷答案
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MOOC答案

1.21谁提出的理论奠定了激光的理论基础?∙A、汤斯∙B、肖洛∙C、爱因斯坦∙D、梅曼正确答案:C 我的答案:C得分: 10.0分2氢原子3p态的简并度为?∙A、2∙B、10∙C、6正确答案:C 我的答案:C得分: 10.0分3热平衡状态下粒子数的正常分布为:∙A、处于低能级上的粒子数总是等于高能级上的粒子数∙B、处于低能级上的粒子数总是少于高能级上的粒子数∙C、处于低能级上的粒子数总是多于高能级上的粒子数正确答案:C 我的答案:C得分: 10.0分4原子最低的能量状态叫什么?∙A、激发态∙B、基态∙C、.亚稳态正确答案:B 我的答案:B得分: 10.0分5对热辐射实验现象的研究导致了?∙A、德布罗意的物质波假说∙B、爱因斯坦的光电效应∙C、普朗克的辐射的量子论正确答案:C 我的答案:A得分: 0.0分6以下关于黑体辐射正确的说法是:∙A、辐射的能量是连续的∙B、黑体一定是黑色的∙C、辐射能量以hν为单位正确答案:C 我的答案:C得分: 10.0分7热平衡状态下各能级粒子数服从:∙A、A. 高斯分布∙B、玻尔兹曼分布∙C、正弦分布∙D、余弦分布正确答案:B 我的答案:B得分: 10.0分8以下说法正确的是:∙A、受激辐射光和自发辐射光都是相干的∙B、受激辐射光和自发辐射光都是非相干的∙C、受激辐射光是非相干的,自发辐射光是相干的∙D、受激辐射光是相干的,自发辐射光是非相干的正确答案:D 我的答案:D得分: 10.0分9下列哪个物理量不仅与原子的性质有关,还与场的性质有关?∙A、自发跃迁几率∙B、受激吸收跃迁几率∙C、受激辐射跃迁爱因斯坦系数正确答案:B 我的答案:B得分: 10.0分10下列哪个物理量只与原子的性质有关?∙A、受激辐射跃迁几率∙B、自发跃迁几率∙C、受激吸收跃迁几率正确答案:B 我的答案:B1.3 测验已完成成绩: 80.0分1激光的最初的中文名为“镭射”、“莱塞”,是它的英文名称LASER的音译,1964年按照我国著名科学家钱学森的建议将“光受激发射”改称“激光”。
08激光原理与技术试卷B

08激光原理与技术试卷B2华南农业大学期末考试试卷(B 卷)2008~2009学年第一学期 考试科目:激光原理与技术考试类型:(闭卷) 考试时间:120分钟姓名 年级专业 学号题号 一 二 三 四 总分 得分 评阅人一.填空题(每空2分,共30分)1. 设小信号增益系数为0g ,平均损耗系数为α,则激光器的振荡条件为 g o >α 。
2. 相格 是相空间中用任何实验所能分辨的最小尺度。
3. 四能级系统中,设3E 能级向2E 能级无辐射跃迁的量子效率为1η,2E 能级向1E 能级跃迁的荧光效率为2η,则总量子效率为 。
4. 当统计权重21f f =时,两个爱因斯坦系数12B 和21B 的关系为B 12=B 21 。
5. 从光与物质的相互作用的经典模型,可解释 色散 现象和 物质对光的吸收 现象。
6. 线型函数的归一化条件数学上可写成 。
7. 临界腔满足的条件是 g1g2=1 或 g1g2=0 。
8. 把开腔镜面上的经过一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的 自再现模 。
9. 对平面波阵面而言,从一个镜面中心看到另一个镜面上可以划分的菲涅耳半周期带的数目称为 菲涅耳数 。
310. 均匀加宽指的是引起加宽的物理因素对各个原子是 等同的, 。
11. 入射光强和饱和光强相比拟时,增益随入射光强的增加而减少,称 增益饱和 现象。
12.方形镜的mnq TEM 模式沿x 方向有 m 条节线,没y 方向有 n 条节线. 二.单项选择题(每题2分,共10分) 1. 关于高斯光束的说法,不正确的是( )(A)束腰处的等相位面是平面; (B)无穷处的等相位面是平面; (C)相移只含几何相移部分; (D)横向光强分布是不均匀的。
2. 下列各模式中,和圆型共焦腔的模q n m TEM ,,有相同频率的是(A ) (A)1,,2-+q n m TEM ; (B) q n m TEM ,,2+; (C) 1,,1-+q n m TEM ; (D) 1,1,2-++q n m TEM 。
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。
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在锁模激光器中,被锁定的模式数量越多,脉冲周期越短。
参考答案:错误2.对于对称共焦腔,其傍轴光线在腔内往返传输次即可自行闭合,其自再现模式为高斯光束。
参考答案:2##%_YZPRLFH_%##二##%_YZPRLFH_%##两3.谐振腔损耗越大,品质因子越高。
参考答案:错误4.有激光输出时,激活介质不是处于热平衡条件。
参考答案:正确5.在主动锁模激光器中,调制器应该放到谐振腔的一端。
参考答案:正确6.为得到高转化效率的光学倍频,要实现匹配,使得基频波和倍频波的折射率要相等,在他们相互作用过程中,两个基频光子湮灭,产生一个倍频光子。
参考答案:相位7.尽量增加泵浦功率有利于获得单模激光输出。
参考答案:错误8.在调Q激光器中,随着Dni/Dnt的增大,峰值光子数增加,脉冲宽度。
参考答案:变窄##%_YZPRLFH_%##变小##%_YZPRLFH_%##减小9.关于基模高斯光束的特点,下面描述不正确的是。
参考答案:基模高斯光束在激光腔内往返传播时没有衍射损耗10.KDP晶体沿z轴加电场时,折射率椭球的主轴绕z轴旋转了度角。
参考答案:45##%_YZPRLFH_%##四十五11.稳定谐振腔是指。
参考答案:谐振腔对旁轴光线的几何偏折损耗为零12.形成激光振荡的充分条件是。
参考答案:光学正反馈条件和增益阈值条件13.关于谐振腔的自再现模式,下面那个说法是正确的?参考答案:自再现模式与谐振腔的稳定性有关14.三能级激光器的激光下能级是基态,需至少将原子总数的通过泵浦过程转移到激光上能级,才能实现受激辐射光放大。
参考答案:一半##%_YZPRLFH_%##1/2##%_YZPRLFH_%##50%##%_YZPRLFH_%##二分之一##%_YZPRLFH_%##百分之五十15.谱线加宽是指的光谱展宽。
参考答案:自发辐射16.关于自发辐射和受激辐射说法正确的是。
《激光原理与技术》题集

《激光原理与技术》题集一、选择题(每题2分,共20分)1.激光的英文名称是:A. Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiationB. Linear Accelerator BeamC. Large Area Beam EmitterD. Low Amplitude Beam2.下列哪项不是激光器的基本组成部分?A. 激光工作物质B. 激励源C. 光学谐振腔D. 光学滤镜3.激光产生的三个基本条件不包括:A. 实现粒子数反转B. 存在光学谐振腔C. 满足阈值条件D. 有强大的磁场4.在激光技术中,调Q技术主要用于:A. 提高激光功率B. 压缩激光脉宽C. 扩大激光光斑D. 改变激光颜色5.下列哪种激光器不属于气体激光器?A. He-Ne激光器B. CO2激光器C. Nd:YAG激光器D. Ar离子激光器6.激光器的阈值条件是指:A. 激光工作物质开始发光的最低能量B. 激光工作物质达到最大发光强度的能量C. 激光工作物质开始产生激光的最低泵浦功率D. 激光工作物质温度达到熔点的能量7.激光测距主要利用了激光的哪一特性?A. 单色性好B. 方向性强C. 亮度高D. 相干性好8.在激光加工中,激光切割主要利用激光的:A. 热效应B. 光电效应C. 磁效应D. 化学效应9.激光通信相比于微波通信的优势是:A. 传输距离更远B. 传输速度更快C. 抗干扰能力更强D. 所有以上选项10.全息照相技术主要利用了激光的:A. 高能量特性B. 相干性好的特性C. 方向性好的特性D. 单色性好的特性二、填空题(每题2分,共20分)1.激光器的核心部件是______,它决定了激光器的输出波长。
2.在激光产生过程中,实现粒子数反转是通过______手段来实现的。
3.激光器的输出光束质量通常由______来描述。
4.激光脉冲的持续时间越短,其峰值功率就______。
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………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学2010 -2011 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%,实验%,期末70 %本试卷试题由_____部分构成,共_____页。
(共20分,共10题,每题2分)一. 选择题(单选)1、与普通光源相比,下列哪项是激光的优势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备的___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,不属于均匀加宽的是 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,一个稳定腔等价于无穷个 A 。
A. 稳定腔B.临界腔C. 共焦腔D. 非稳腔5、若激光器输出为某一模式的厄米特-高斯光束,且其两个主轴方向上的M2………密………封………线………以………内………答………题………无………效……值为5和3,则该模式可能为 D 。
A 、TEM 01 B 、TEM 11 C 、TEM 31 D 、TEM 21 6、下列腔型中,肯定具有共轭像点的是 C (非稳腔) 。
A 、B 、C 、D 、7、可以利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 、材料中的非激活吸收损耗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 , 则损耗调制信号的角频率为___C___。
A 、L c π2 B Lcπ C 、L c 2π D 、L c 4π 9、KDP 晶体横向电光调制的主要缺点为__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的相位延迟D 、调制频率较高时,功率损耗比较大………密………封………线………以………内………答………题………无………效……10、下列性质选项中,对于由受激辐射跃迁产生的光子与入射光子相同的是___D___。
A 、偏振方向B 、频率C 、运动方向D 、以上都是20分,共20空,每空2分) 1、激光器采用开放式谐振腔的主要原因是 减少模式数 。
2、一质地均匀的材料对光的吸收系数为α,光通过长为l 的该材料后,出射光强占入射光强的比例 le α- 。
在均匀泵浦的情况下,一光束通过长度为l的该工作物质。
如果出射光强是入射光强的两倍,该物质的增益系数为α+l /2ln (假设光很弱,可不考虑增益或吸收的饱和效应)。
3、实现锁模需满足的相位关系是 相邻纵模相位差为常数 。
4、非稳腔与稳定腔相比, 非稳腔 腔更容易实现大的模体积和横模鉴别能力,在稳定腔中基模与高阶模相比 高阶模 具有更大的模体积。
5、在非均匀加宽气体激光器中,数量最多的粒子的表观中心频率为 增益介质中心频率 ,其运动速度为 0 。
6、在中心频率为0v 的连续均匀加宽激光器中,若有两个频率为1v 和2v 的纵模在振荡,且0201v v v v -<-,则最后形成稳定振荡的是频率为 1v 的光场(不考虑空间烧孔效应);在相同的条件下,若增加腔长,则激光器输出的纵模数会 不变 。
………密………封………线………以………内………答………题………无………效……7、在用KDP 晶体纵向电光调制系统中,波片的作用是使得通过晶体后的两偏振分量产生附加相位差为___2π__,对应的两偏振分量的光程差为 四分之一波长 ,其作用可以通过在晶体上附加 4/λV 电压来代替。
8、当进行声光调制时,通过改变超声波的 功率 实现调制;当进行声光偏转时,通过改变超声波的 频率 来实现偏转。
9、被动锁模激光器中,由不规则的脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段,分别是_线性放大阶段 ,_非线性吸收阶段 , _非线性放大阶段 。
10、二阶非线性极化产生倍频和光学参量振荡,光学相位共轭基于三阶非线性极化。
30分) 1、激光是受激辐射光。
但在激光工作物质中,自发辐射、受激辐射和受激吸收是同时存在的,试讨论使受激辐射过程占优势的条件,采取什么措施可以满足这个条件?(6分)答:(1)受激辐射相对于受激吸收占优势的条件是粒子数反转,通过泵浦可实现粒子数反转……………………………………………………………..(3分) (2)受激辐射相对于自发辐射占优势的条件是谐振腔内只有一个或少数几个模式起振,(因为分配到一个模式的自发辐射几率等于一个光子引起的受激跃迁几率,只要模式数足够少,受激辐射将占优势),采取的措施是建立谐振腔,并采用适当的选模措施。
…………………………………………………(3分)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……2、当高斯光束通过薄透镜时,假设透镜焦距F 一定,0θ'为透镜变换后的远场发散角,物距l 取何值时00θθ'>,取何值时00θθ'<?(6分)答:根据高斯光束的性质,0000θθωω''>⇔<,0000θθωω''<⇔>分两种情况进行讨论(1) 若F <f ,透镜焦距足够小,无论l 取何值,均可使00θθ'>。
……(2分) (2) 在F ≥f 的情况下()22022201F l F or l F F l f ωω'=<⇒>+<-+ (2分)()22022201F F l F F l f ωω'=>⇒<<+-+ (2)3、均匀加宽工作物质的增益饱和与非均匀加宽工作物质的增益饱和的基本特征是什么?(6分)答:(1)对均匀加宽工作物质,频率为ν1的强光入射有效地消耗了激发态度额原子数,原子对其他频率处的贡献降低了,使得其他频率的弱光的增益系数也以同等程度下降,其结果是增益在整个谱线上均匀下降。
……………(3分) (2)对非均匀加宽工作物质,频率为ν1的强光只引起表观中心频率在ν1附近的反转集居数饱和,因而在增益曲线上形成一个烧孔。
……………(3分)4、综合比较声光偏转和电光偏转的特点(提示:从偏转角度、驱动电压、偏转效率、对激光频率的影响等方面进行分析)(6分)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……答:(1)声光偏转角度大,驱动电压低,偏转效率低于电光偏转,引起激光频率偏移。
…………………………………………………………………..(3分) (2)电光偏转角度小,驱动电压高,偏转效率趋近于100%,不影响激光频率。
………………………………………………………………………..(3分)5、试比较调Q 激光器和锁模激光器产生短脉冲的工作原理的本质区别(6分) 答:(1)调Q 的基本原理是通过调节谐振腔的Q 值(损耗)的方法,使腔内的反转粒子数积累到最大,再突然提高Q 值,使积累在上能级的大量粒子雪崩式的跃迁到低能级,于是在极短的时间内将能量释放出来,就获得峰值功率极高的短脉冲输出。
…………………………………………………………(3分) (2)锁模的基本原理是使各纵模在时间上同步,即把它们的相位相互联系起来,使之有确定的关系(1q q ϕϕ+-=常数),各个纵模发生相干叠加,输出一个峰值功率高、脉冲宽度窄的脉冲序列,脉冲宽度近似等于振荡线宽的倒数。
(3分)四、计算与问答题(30分)1、如图所示,波长为λ=1.06μm 的Nd:YAG 激光器,全反射镜的曲率半径R =0.5m ,距离全反射镜a =0.15m 处放置长为b =0.18的Nd:YAG 棒,其折射率η=1.8,棒的右端直接镀上半反射膜作为腔的输出端。
(15分) 1)判别腔的稳定性;(5分)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……2)求Nd:YAG晶体棒输出端的光斑半径;(3分)3)在距输出端c=0.2m处放置F=0.1m薄透镜,求经透镜后的光腰半径和位置。
(7分)解答:1)等效腔长/0.150.18/1.80.25(1)L a b mη'=+=+=……………………………………..(2分)12120.250.2511110.5(2)0.5L Lg gR R⎛⎫⎛⎫''⎛⎫⎛⎫=--=--=⎪⎪ ⎪⎪∞⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭1201(3)g g∴<<该腔为稳定腔。
……………………………………………………………(3分)2)2R L'=,该腔为半共焦腔,束腰在平面镜位置处60.5 1.0610290(4)22 3.14Rmλωμπ-⨯⨯===⨯…………………………………….(4分) 3)()26263.14290100.249(5)1.0610f mπωλ--⨯⨯===⨯经过透镜后的光束腰斑半径()()602222108(6)0.10.20.249mF l fωμ-'===-+-+……………………..(3分)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……腰斑位置()()()()2222220.20.10.10.10.114(7)0.20.10.249l F F l F ml F f --⨯'=+=+=-+-+…………………(3分)2、某四能级系统,其E 0为基态能级,四个能级的简并度相同。
泵浦光频率与E 0、E 3间跃迁相对应,其跃迁几率W 03 =W p 。
E 3能级到E 2能级的跃迁足够快,使得E 3能级上的粒子数可忽略,且E 3到其它能级的跃迁可忽略。
E 2能级的寿命τ2较长,E 1能级的寿命τ1较短,但不可忽略,因而E 1能级上的粒子数密度不可忽略,E 2→E 1的跃迁速率为1/τ21,总粒子数密度为n ,求:(15分) 1)在E 2和E 1间形成集居数反转的条件(因无谐振腔,也无相应频率的光入射,因而E 2和E 1间的受激辐射和受激吸收可忽略);(8分) 2)E 2和E 1间的反转集居数密度与W p 、n 的关系式;(4分) 3)泵浦极强时E 2和E 1间的反转集居数密度。
(3分) 解答: 1)稳态跃迁速率方程:22020(1)p dn nW n dt τ=-=1212110(2)dn n n dt ττ=-=012(3)n n n n++=…………………………………..……………………… (5分)由(2)式得到11221(4)n n ττ=………密………封………线………以………内………答………题………无………效……1212211(5)n n n n ττ⎛⎫∆=-=- ⎪⎝⎭由(5)可得E 2和E 1间形成集居数反转的条件是:121(6)ττ<…………………………………………………………………(3分)2)由(1)式得到()2122(7)p n W n n n τ=--将(4)式代入(7),得到2212221(8)1p p p W n n W W τττττ=++由(5)式得到2112122211(9)1p p p W n n W W τττττττ⎛⎫∆=- ⎪⎝⎭++……………………………………………(4分)3)当W p 极强时,21p W τ>>12111212112211(10)11p nn n W τττττττττ⎛⎫-∆=-= ⎪+⎝⎭++…………………………………….(3分)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……。