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。
中考物理激光原理复习方法技巧
中考物理激光原理复习方法技巧激光作为一种重要的物理学知识点，在中考物理考试中经常出现。
了解激光原理并掌握复习方法技巧，对于顺利应对中考具有重要意义。
本文将介绍中考物理激光原理的复习方法和技巧，帮助同学们更好地备考。
一、理解激光的基本原理激光，全称为“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，即受激辐射光放大。
激光的产生是基于受激辐射的原理，需要通过受激辐射源（激光器）和能级跃迁来实现。
在复习激光原理时，首先需要理解能级跃迁的概念，这是激光辐射的基础。
其次，了解激光器的结构和工作原理，包括激光器内部的介质和光源等关键要素。
二、重点记忆激光原理相关知识点1. 激光的特性：单色性、同行性、相干性和高能量密度等。
2. 激光的产生：受激辐射和泵浦过程。
3. 激光的放大：通过光源辐射，经过受激发射和受激吸收，不断增加光子的数目和能量。
4. 真空腔中激光放大的过程：包括反射、共振和放大等步骤。
三、合理安排复习时间和计划1. 制定详细的复习计划：根据自己的学习进度和时间安排，合理分配每天的复习时间。
重点关注激光原理相关知识点，结合习题进行巩固。
2. 组织复习小组：与同学一起组成复习小组，共同讨论和解答问题，相互促进学习。
可以互相出题、分享笔记等方式，提高复习效率。
四、多种复习方法结合运用1. 阅读教材和课堂笔记：重新阅读教材和自己的课堂笔记，加深对激光原理的记忆和理解。
2. 制作概念图或思维导图：将激光原理相关的概念和内容制作成图表，有助于对知识的串联和整体把握。
3. 解答习题：多做一些激光原理相关的习题，通过实际操作巩固所学知识，同时熟悉考试题型和答题技巧。
4. 刷题和模拟考试：使用历年真题和模拟试卷，进行刷题和模拟考试，检验自己的掌握情况，找出不足之处并进行针对性复习。
五、合理利用辅助材料和资源1. 网络资源：借助互联网，查找激光原理相关的资料和视频，有助于更直观地理解激光工作原理。
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
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 πδφC.=δφ3.A.C.4.A.C.Q 5.A.6.L 为光腰A ．q 11-7.A.B.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 ，则3.4.5.6.调Q7.脉冲能量比较低，但重复频率比较高。
8.9.10.1.2.3.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。
激光原理期末知识点总复习材料
激光原理期末知识点总复习材料激光原理是物理学和光学学科中的重要内容，它是现代科技发展的基础之一、下面是激光原理期末知识点的总复习材料。
1.激光的定义和概念：激光是指具有相干特性、能量集中、波长单一且紧凑的光束。
其与常规光的最大区别在于具有相干性和能量集中性。
2.激光的产生过程：激光的产生过程主要包括受激辐射和自发辐射。
受激辐射是指在外界光或电磁辐射的刺激下，原子或分子由基态跃迁到激发态并通过受激辐射返回基态时所发射的光。
自发辐射是指原子或分子自发地从激发态返回基态所发射的光。
3.光激发和电子激发的激光：根据产生激发所用的不同方法，激光可以分为光激发和电子激发的激光。
光激发的激光是通过外界光的能量传递使原子或分子激发并产生激光。
电子激发的激光是通过外界电子束或放电使原子或分子激发并产生激光。
4.激光功率和激光能量：激光功率是指单位时间内激光辐射出的能量，单位为瓦特(W)；激光能量是指激光脉冲的总能量，单位为焦耳(J)。
5.激光的特性：激光具有相干性、方向性、单色性和高亮度等特性。
相干性是指激光的波长相近的光波的相位关系保持稳定，能够构成干涉图样。
方向性是指激光具有狭窄的发射角度，能够通过透镜等光学元件进行聚焦。
单色性是指激光具有非常狭窄的波长，具有很高的色纯度。
高亮度是指激光能够将能量集中在很小的空间范围内，能够产生很高的光功率密度。
6.激光器的结构和工作原理：激光器主要由激光介质、泵浦能源、光腔和输出镜组成。
激光介质是产生激光的核心部件，泵浦能源是提供激发条件的能源，光腔是激发介质形成激光放大的空间环境，输出镜是选择性反射激光光束的光学元件。
7.常见的激光器种类和应用：常见的激光器种类包括氦氖激光器、二氧化碳激光器、半导体激光器和固体激光器等。
激光器的应用非常广泛，包括科学研究、医学治疗、通信、激光加工和激光雷达等。
8.激光安全：激光具有较强的穿透力和燃烧能力，因此在使用激光器时需要注意安全。
激光安全主要包括对激光光束的防止散焦、眼睛和皮肤的防护、激光辐射的监测和控制等。
激光原理知识点总结
激光原理知识点总结激光的产生原理激光是一种与常规光具有本质不同的光。
它是通过一种叫做“受激辐射”的过程产生的，这是量子力学的一种结果。
激光的产生原理主要涉及三个主要过程：光的激发、光的放大和光的辐射。
首先是光的激发。
激光的产生需要通过能量输入来激发原子或分子的能级。
当外界能量激发物质的能级时，原子或分子的电子会从低能级跃迁到高能级，形成“受激辐射”所需的激发态。
然后是光的放大。
在受激辐射的过程中，当一个光子与处于激发态的原子或分子碰撞时，它会与其相互作用，导致后者释放出另一个同频率、同相位和同偏振的光子，并回到低能级。
这个新的光子与已有的光子具有相同的频率、相位和偏振，因此它们会在相互作用的同时相互放大，形成一支激光光束。
最后是光的辐射。
当受激辐射的过程一直不断地发生时，光子会在光学共振腔中来回反射，产生一支具有高度相干性、高亮度和高直线度的激光光束。
这种光具有很强的聚焦能力和穿透能力，因此在很多领域有着广泛的应用价值。
激光的特点激光具有以下几个主要特点：1.高度相干性。
激光光束的波长一致、频率一致、相位一致，因此具有很高的相干性。
这使得激光在干涉、衍射和频谱分析等方面具有很大的优势。
2.高亮度。
激光的辐射强度非常集中，因此具有很高的亮度。
这使得激光可用于制备高清晰度的成像系统和高精度的测量装置。
3.高直线度。
激光的传播路径非常直线，几乎不具有散射，因此具有很高的直线度。
这使得激光在通信、激光雷达和光刻等领域有着广泛的应用。
激光器件的工作原理和应用激光器件是产生激光光束的重要设备，其工作原理一般基于受激辐射过程。
目前常用的激光器件主要包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器和光纤激光器。
气体激光器是将气体放电或者由光泵浦的气体装置转变成激光的光源。
其中最著名的就是氦氖激光器。
使用稳态直流电源或者交变电源将氦气充入放电管，并保持一定的氦气气压。
然后用电子束或者泵浦光源来使得氦原子激发至高能级，然后在碰撞的作用下通过受激辐射作用形成激光光束。
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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《激光原理》复习
第一章激光的基本原理
1、自发辐射受激辐射受激吸收的概念及相互关系
2、激光器的主要组成部分有哪些？并描述各个部分的基本作用。
激光器有哪些类型？如何对激光器进行分类。
3、什么是光波模式和光子状态？光波模式、光子状态和光子的相格空间是同一概念吗？何谓光子的简并度？
4、如何理解光的相干性？何谓相干时间，相干长度、面积和体积？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？
5、EINSTEIN系数和EINSTEIN关系的物理意义是什么？如何推导出EINSTEIN 关系？
4、产生激光的几个必要条件是什么？什么是热平衡时能级粒子数的分布？
5、什么是粒子数反转，如何实现粒子数反转？
6、如何定义激光增益，什么是小信号增益？什么是增益饱和？
7、什么是自激振荡？产生激光振荡的基本条件是什么？
8、如何理解激光的模式：横模、纵模？
第二章开放式光腔与高斯光束
1、描述激光谐振腔和激光镜片的类型？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、如何理解无源谐振腔的损耗和Q值？在激光谐振腔中有哪些损耗因素？什么是腔的菲涅耳数，它与腔的损耗有什么关系？
4、写出（1）光束在自由空间的传播；（2）薄透镜变换；（3）凹面镜反射；（4）介质中传播等的射线光学矩阵
5、什么是激光谐振腔的稳定性条件？
6、什么是自再现模，自再现模是如何形成的？
7、写出菲涅耳-基尔赫夫方程，并说明每一项的物理意义
8、画出圆形镜谐振腔和方形镜谐振腔前几个模式的光场分布图，并说明意义
9、基模高斯光束的主要参量：束腰光斑的大小，束腰光斑的位置，镜面上光斑的大小？任意位置激光光斑的大小？等相位面曲率半径，光束的远场发散角，模体积
10、如何理解一般稳定球面腔与共焦腔的等价性？如何计算一般稳定球面腔中高斯光束的特征
11、高斯光束的特征参数？q参数的定义？
12、如何用ABCD方法来变换高斯光束？
13、非稳定腔与稳定腔的区别是什么？举例说明哪些是非稳定腔。
14、激光器输出横模和纵模如何确定。
第三章电磁场与物质的共振相互作用
1、什么是谱线加宽？有哪些加宽的类型，它们的特点是什么？如何定义线宽和线型函数？什么是均匀加宽和非均匀加宽？它们各自的线型函数是什么？
2、自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽与哪些因素有关？
3、能级光学跃迁的速率方程，并考虑连续谱和单色谱光场与物质的作用和工作物质的线型函数。
4、画出激光三能级和四能级系统图，描述相关能级粒子的激发和去激发过程。
建立相应能级系统的速率方程，求解速率方程，求出激光能级的反转粒子数密度。
5、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。
6、何谓小信号增益，饱和增益？
7、描述非均匀加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效应”，并说明它们的原理。
第四章 激光振荡特性
1、 连续和脉冲激光器工作的阈值条件，输出功率或能量，输出光波的波形（讨
论驰豫脉冲形成的过程），分析激光器内的模式竞争过程。
2、 解释模式竞争效应和横模及纵模的空间烧孔效应。
3、 说明兰姆凹陷的形成过程。
4、 激光谱线的线宽极限
5、 激光器的频率牵引效应
第五章 激光放大特性
1、 常见激光放大器的种类及工作特点
2、 放大的自发辐射
第六章 激光特性的控制与改善
1、 为什么对激光的特性进行控制和改善，常见的有那些方法？
2、 如何选择横模或纵模，分别有哪些方法
3、 说明稳频的原理及常见的稳频方法
4、 分析调Q 的原理、方法及目的
5、 注入锁定的目的如何，是怎样实现的
6、 锁模的目的和手段
第九章：常见激光器及其特点
He-Ne 、Nd-YAG 、红宝石、钛宝石、N2激光器等的发光物质，出光波长及激励方法和特点。
补充计算题：
1、TEM 00模式的激光光束垂直入射到完全吸收的介质平面。
平面中央处有半径为
a 的小孔，求该平面对入射的TEM 00模的透过率，并计算出当小孔半径正好等
于该处基模光斑半径时的透射率值。
（基模高斯光束基模光斑的光强分布函数2
222()00002(,,)()r z I r z I e z ωωϕω-=），选基横模的条件（光阑的大小和位置）
2、共焦腔氦氖激光器的输出波长为0.6328μm ，L ＝30cm 求：⑴基横模的远场发散角。
⑵5m 处的光斑直径。
（10分）
3、 有一平凹氦氖激光器，腔长0.5m ，凹镜曲率半径为2m ，现用小孔光阑选出TEM 00模，试求光阑放于紧靠平面镜和紧靠凹而镜处两种情况下小孔直径各为多少?(对于氦氖激光器，当小孔光阑的直径约等于基模半径的3．3倍时，可选出基横模。
)
4、 氩离子激光器的中心波长是0.5145μm ，谱线宽度是Δν=6×108Hz,若谐振腔的长度为0.5米，求可能输出的纵模数及相应的频率值。
（激光器的输出横模与纵模数目）
5、 今有一球面腔，R1＝1.5米，R2＝-1米，L ＝80厘米．试证明该腔为稳定腔；求出它的等价共焦腔的参数，在图上画出等价共焦腔的具体位置。
6、 作一个腔长为50cm 的对称稳定腔，试确定反射镜曲率半径的取值范围。
7、 试求平凹、双凹、凹凸共轴球面镜腔的稳定性条件。
8、已知二氧化碳激光谐振腔由曲个凹面镜构成，R1＝l m，R2＝2m，L＝0. 5m如何
选择高斯束腰斑的大小和位置才能使它成为该谐振腔中的自再现光束?
9、静止氖原子的3s
2—2P
4
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，问其表观中心波长分别变为多少?
10、激光工作物质是钕玻璃，其荧光线览∆ν
F
＝24.0nm，折射率η＝1．50，能用短腔选单纵模吗?
考试题型和分布：大致名词解释6个24分，简答6个48分，计算3个28分
计算题知识点：稳定性条件、高斯光束分布特征、多普勒效应、增益系数、激光
Q开关取作用时的晶体长度要求、一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价关系等。