最新激光原理及应用试卷
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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
＝98.33％，＝10—7s，腔长L＝0.1m。
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R
1＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。
＝1.5m,R
2
3．（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。试估算在L＝30cm, 2a=0.2cm 的He-Ne激光方形镜共焦腔中所可能出现的最高阶横模的阶次是多大？
4．4．（10分）某高斯光束的腰斑半径光波长。求与腰斑相距z=30cm处的光斑及等相位面曲率半径。
四、论述题（8分）
1．（8分）试画图并文字叙述模式竞争过程
代入数值L＝1m, R
1
＝1.5m,R
2
＝3m得：
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎪
⎨
⎧
=
=
-
=
5
14
5
1
5
4
2
1
f
z
z
（3分）等价共焦腔腔长5
14
2
2=
='f
L
（1分）位置如上图所示。（4分）
3．（12分）
解：高阶模沿x,y方向的光斑半径分别为
s
ns
s
ms
w
n
w
w
m
w
1
2
1
2
+
=
+
=
（2分）基模光斑半径：
cm
L
w
s
2
4
10
46
.2
14
.3
10
6328
.0
30
-
-
⨯
=
⨯
⨯
=
=
π
λ
（3分）横模存在时，要求满足
a
w
m
w
s
ms
<
+
=
1
2（2分）即：
7.7
2
1
2
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
-
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
<
s
w
a
m
（2分）即7
≤
m，同理有：7
≤
n
故可能出现的最高阶横模的阶次是7。 （3分） 4（10分）解：光斑半径:
分）分）(2 45.1
14.114.3300106.10114.1(3
1)(2
232
200mm w z w z w =⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯+⨯=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛+=-πλ
等相位面曲率半径:
分）（分）2 4.79]
300106.1014.114.31[30(3 ]1[)(2
322
2
0cm z w z z R =⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯+=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=-λπ
四、论述题（8分） 1．（8分）
答：图中q-1，q-2，q ，q+1，q+2 5个纵模满足阈值条件，随着外界激发的增强，则纵模的光强增长，但是，光强增加时，引起增益饱和作用，增益——频率下降，曲线变扁，使曲线1变为曲线2，q-2， q+2满足阈值。（1分）
光强继续增加时，曲线2变为曲线3，使q-2， q+2的增益小于阈值，不再振荡，而q-1， q+1满足阈值。（1分）
光强继续增加时，曲线3变为曲线4，使q-1， q+1的增益小于阈值，不再振荡，则只剩下q 模满足阈值条件获得 输出。这种通过增益饱和效应， 靠近谱线中心频率的纵模逐渐把 其他纵模抑制掉的过程就是模式 竞争。（3分）
（3分）