激光原理与技术期末复习
激光原理与技术期末复习
第一章、辐射理论概要与激光产生的条件
1、光量子能量E与波长成反比: E ? 1/λ; 波长越长;光量子能量E越
小;(频率越低) ;波长越短; 光量子能量E越大; (频率越高)。
2、原子处于最低的能级状态称为(基态)。能量高于基态的其它能级状态称为激发态。
3、能级有两个或两个以上的不同运动状态称为简并能级。同一能级所对应的不同电子运动状态的数目称为(简并度)。
4、在热平衡条件下，原子数按能级分布服从(波尔兹曼定律)。
5、原子能级间跃迁发射或吸收光子的现象称为辐射跃迁。原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量的现象称为(非辐射跃迁)。
6、辐射场中单位体积内，(单位频率间隔)中的辐射能量称为单色辐射能量密度。
7、光与物质的相互作用有三种不同的基本过程:(自发辐射);受激吸收;受激辐射。
8、自发辐射:高能级的原子自发地从(高能级E2)向低能级E1跃迁，同时放出能量为E=hv 的光子的现象称为自发辐射。
9、自发辐射系数(A21):表示单位时间内，发生自发辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的百分比。即每一个处于E2能级的粒子在单位时间内发生的自发跃迁几率。自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身。各个原子自发辐射的光向空间各个方向传播，是(非相干光)。
10、原子数密度由起始值降至它的1/e的时间为自发辐射的(平均寿命)。A21就是原子在能级E2的平均寿命的倒数。
11、当受到外来能量为hv=E2-E1 的光照射时，高能级E2上的原子向低能级
E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子的现象称为受激辐射。受激辐
射的光子与外来光子的特性一样。频率、位相、偏振和传播方向相同称之为(全同光子)。
12、受激辐射的跃迁几率(W21)为单位时间内，在外来单色能量密度的光照下，E2能级上发生受激辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的(百分比)。受激辐射的跃迁几率决定于受激辐射系数与外来光单色能量密度的乘积。
13、处于低能级E1的原子受到外来光子的刺激作用，(完全吸收)外来光子的能量而跃迁到高能级E2的过程称为受激吸收。
14、单位时间内，在外来单色能量密度的光照下，由E1能级跃迁到E2能级的粒子数密度占E1能级上总粒子数密度的百分比称为(受激吸收几率W12)。
15、激光介质某一谱线在单位频率间隔的相对光强分布，叫做光谱线的(线型函数)。即在一定频率间隔范围内的光强占总光强的百分比。相对光强为最大值的一半处的频率间隔，称为光谱线宽度
16、作为电偶极子看待的原子作衰减振动而造成的谱线增宽称为(自然增宽)。
17、原子的能级寿命越短，能级宽度越(宽)。亚稳态能级较窄。基态能级宽度趋于零。 18、自然增宽、碰撞增宽和多普勒三种谱线增宽比较，自然增宽远(小于)碰撞增宽和多普勒增宽。
19、自然增宽和碰撞增宽中每一个原子所发的光对谱线内任一频率都有贡献，这种增宽为均匀增宽。均匀增宽介质的线型为(洛仑兹线型)。
20、多普勒增宽中，各种不同速度的原子中对(不同频率)有贡献。不同原子的作用是不同的，这种增宽叫非均匀增宽。非均匀增宽介质的线型函数为高斯分布函数。 21、光在介质中传播时，高能级上的粒子辐射光子跃迁至低能级，介质的受激辐射使光子数密度增加。光能密度随光波穿过介质路程z的增长而(增大)。
22、吸收系数A代表光波在介质中经过单位长度路程光强的相对(衰减率)的大小，也代表介质对光波吸收能力的大小。
23、增益系数G(增益的相对速率)代表光波在介质中经过单位长度路程(光强)的相对增长率，也代表介质对光波放大能力的大小。
24、增益介质中传播的光能密度随穿过增益介质的路程z按(指数规律)增长。z 越大，增益介质中传播的光能密度也越大。
增加增益介质的长度L能增加介质中传播的光能密度。采用光学谐振腔延长增益介质的长度L。
25、光学谐振腔能起(增加增益介质)的作用;提高光能密度及控制光束的传播方向，保证输出的激光有极好的方向性。
27、产生激光必须具备的三个条件:
(1)、有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子有适合产生受激辐射的能级结构。
(2)、有外界激励能源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转。
(3)、有激光谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。
第2章激光器的工作原理
1、激发态能级的平均寿命约10-8秒，亚稳态能级平均寿命约(几毫秒)。
2、依靠泵浦源激发原子，粒子数反转态是非热平衡态。这种激发称为“泵浦”或(抽运)。
3、激光工作物质四能级系统所需要的激励能量要比三能级系统(小)得多，产生激光比三能级系统容易得多。
4、大多数激光工作物质是(四)能级系统。
5、参数对应着谐振腔的单色光能密度为零或者近似为零时的粒子数密度反转分布的大n0
小。是粒子数密度反转分布值可能达到的(最大值)。通常把这个状态叫作小信号工作状态，而参数就被称作是小信号工作时的粒子数密度反转分布。 n0
6、均匀增宽的介质的光谱线型函数的中心频率值为:
2,,，，f 0,,,
7、一般情况下的能级间粒子数反转分布值与腔内光强、(光波的中心频率)、介质的饱和光强、激励能源的抽运速率 R1、R2 以及介质能级的寿命等参量的有关。 8、当腔内光强的影响不能忽略时，粒子数密度反转分布值Δn将随光强的增加而(减小)，此现象称为粒子数密度反转分布值的饱和效应。
9、当激光器介质中未发生光放大时，与小信号工作状态时的粒子数密度反转分布值Δn 对0应的增益系数定义为(小信号增益系数)。
10、激光增益介质中小信号增益系数与光强无关,仅是(频率)的函数。 11、小信号增益系数与谱线的线型函数有相似的变化规律。
12、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)。
13、激光器增益介质传播的光能量只有在补偿损耗后还有剩余时，光波才能被放大。所以要
求增益系数要大于一个下限值，此下限值即为激光器的(阈值)。
14、激光器损耗包括增益介质内部的损耗和镜面损耗。镜面损耗包括:镜面上透射出去的部分(或);镜面的散射、吸收以及由于光的衍射使光束扩散到反射镜范围以外造成的损tt1121
耗(或)。 aa1121
15、随着腔内光强的增大，增益系数不断下降，当它下降到下限值时，光强也到达最大值Im(平均值)，增益系数的下限值为增益系数的(阈值)。
16、效率较高的激光器中的绝大多数都属于(四)能级系统。即输出的光能量占激励能源输入的总能量的百分比高的激光器大多数用的是四能级系统。
第3章激光器的输出特性
1、在激光谐振腔中存在的稳定的横向场分布，叫做(横模)。横膜是垂直于光轴的模式。m、n 称为横模序数。激光束在横截面上呈现各种光强的(不同花样)的稳定分布而不呈现均匀光强的稳定分布。
、用表示各种横模。m，n 表示在x 轴和 y 轴方向上光强为零的那些零点的个数。2TEMmn
M=0,n=0时所对应的横模称为(基模(横向单模))。基模的场集中在反射镜中心，是最简单结构，其他称为高价横模。
3、自再现模在腔内单程渡越时所引起的损耗包括衍射损耗和几何损耗，但主要是(衍射损耗)，称为单程衍射损耗，用δ表示。
4、激光器谐振腔内频谱中每一个可以产生振荡的谐振频率为一个振荡(纵模)。谐振频率决定于纵模序数q。纵模沿纵向轴向传播。
5、激光器不同的纵模对应着不同的稳定的驻波场，具有不同的频率。谐振腔的作用使激光器内出现的振荡频率不是任意的，而是有一定间隔的(分立)谱。每个q 值对应一个驻波，称之为纵模序数，等于驻波的波节数。
6、激光谐振腔内原则上有(无限多)个振荡纵模。
7、对同一横模，腔内两个相邻纵模频率之差称为纵模的频率间隔。两个相邻纵模之间的频
c,,,率间隔的表示式为 ,,,, qq，1q2,L
,L纵模的频率间隔与谐振腔的光学长度()成反比，与 q 无关，L为常数，腔内的纵模频率是等距离排列的。
,,8、普通光源发出线宽为的光，而在光学谐振腔中，只留下中满足谐振条件及(阈值)条件的那些频率，其它的频率都被谐振腔抑制掉了。
9、实现横向单模可采用平行平面腔或腔内(加小孔)以限制高阶模的产生。
10、实现纵向单模可(缩短)腔长或增大损耗。
,1e11、激光距离镜中心处的场振幅下降为镜中心振幅值的( )倍时的范围称为镜面上基模的光斑有效截面半径。对称共焦腔的光斑非常小。
12、对同一纵模，两个相邻横模之间的频率间隔的表示式为,,,,,,,,/2。
mnq13、激光应用中基横模行波输出在于光束前进方向的垂直平面上的强度呈(高斯型)分布。
14、在激光器的各种模式输出的光强中，只有基模的强度中心沿(直线)传播。
15、基模在高斯光束的传播过程中，除了光轴外，高斯光束的光线沿(双曲线)传播。 16、激光腔中心处的波阵面是个平面。无穷远处的波阵面对应的发光点是腔中心，波阵面的曲率半径为无穷大，波阵面变成平面。
17、激光器的输出功率P与激光器的饱和光强成(正比)。 Is
18、谱线线型是自然宽度、碰撞宽度或压力宽度、多普勒宽度三者共同作用的结果，这种谱线叫做发光物质的(荧光谱线)。
19、当激光器稳定工作时，其增益正好(等于)总损耗。
20、激光线宽与激光器输出功率成(反比)。
21、造成激光线宽的影响因素:自发辐射，(温度的波动),机械振动,大气压力,损损耗的波动,增益的波动,荧光中心频率漂移等。
22、自发辐射因素造成的线宽是消除了其他各种使激光线宽增加的因素后，最终可以达到的(最小)线宽，叫做(线宽极限)。
第四章、激光的基本技术
1、在激光技术中，直接作用激光器谐振腔内光束的激光技术有:(选模技术)、稳频技术、调Q技术和锁模技术等。
2、在激光技术中，作用激光器谐振腔外光束的激光技术有:光束变换技术、(调制技术)和偏转技术等。
3、当强度很大的光通过均匀增益型介质时，粒子数反转分布值下降，增益系数相应下降，但光谱的线型并不改变。增益曲线按(同一比例)降低，而线宽和频率分布都不发生变化。
4、通过增益的饱和效应，使某个纵模逐渐将别的纵模的振荡抑制下去，最后只剩下该纵模的振荡的现象叫做(纵模的竞争)。纵模竞争的结果总是最靠近谱线中心频率的那个纵模被保持下来。
5、单纵模激光器通常采取的选频方法有:短腔法;(法布里-珀罗标准具法);三反射镜法。
6、要想得到单一纵模的输出，只要(缩短)腔长，使的宽度大于增益曲线阈值以上,,q
所对应的宽度即可。
7、在激光谐振腔内振荡的基横模是高斯光束。由于反射镜的有限尺寸的限制，每一次反射都会有一部分光能衍射到镜面之外，造成能量损失。这种由于衍射效应形成的光能量(损失)称为衍射损耗。
8、在谐振腔内插入一个适当大小的(小孔光阑)，实现选取单横模的基本方法。
9、激光器通过选模获得单一频率振荡后，由于内部和外部条件的变化，谐振频率仍然会在整个线型宽度内移动。这种现象称为(频率的漂移)。
10、激光频率稳定性的包括:(频率稳定度);频率复现度。
11、激光稳定度是指激光器在(一次连续工作时间内)的频率漂移与振荡频率之比.
,, S,,
,910S越小，频率稳定度越高。目前一般激光器的频率稳定度在左右。
,,12、频率复现性是激光器在(不同地点、时间、环境)下使用时频率的相对变化量 R,,
,710,, 为频率偏差。一般激光器的频率复现度一般在左右。
13、激光器频率的变化取决于腔长的变化和(平均折射率)的变化。
,,ν,L,(),,，,νL
14、利用热膨胀系数低的材料制做谐振腔的间隔器;或用膨胀系数为负值的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合。(减小)腔长的变化实现稳频的方法称为被动式稳频方法。 15、把单频激光器的频率与某个稳定的(参考频率相比较)，当振荡频率偏离参考频率时，鉴别器就产生一个正比于偏离量的误差信号。误差信号经放大后通过反馈系统返回来控制腔长，使振荡频率回到标准的参考频率上实现稳频的方法称为主动式稳频。 16、主动式稳频方法有:(兰姆凹陷法)、塞曼效应法、功率最大值法等。 17、激光调制就是把(信息)加载到激光束上去，激光作为载波携带低频信号。 18、激光调制的方法:(振幅调制)、强度调制、频率调制、相位调制以及脉冲调制等形式。 19、在激光形成的振荡过程中加载调制信号，通过改变激光的(输出)特性实现调制的方法称为内调制。
20、在激光形成以后，用调制信号对激光进行调制，调制不改变激光器的参数，而是改变已经输出的(激光束)的参数，称为外调制。
21、利用晶体(电光效应)控制光在传播过程中的强度称为电光强度调制。
22、激光偏转依据使用目的分成两类:模拟式偏转和(数字式)偏转。
23、机械偏转调制技术:机械偏转是利用反射镜或多面反射棱镜的(旋转)或反射镜的振动实现光束扫描。机械偏转具有偏转角大、分辨率高、光损失小且可适应光谱范围大。多用于各种显示技术及微型图案的激光加工装置中。
24、激光器谐振腔的损耗大，Q值(低)，振荡阈值高;谐振腔的损耗小，Q值(高)，振荡阈值低。
25、用调节激光器谐振腔的Q值以获得激光(巨脉冲)的技术称为激光调Q 技术。 26、激光调Q 技术的类型有:机械转镜调Q技术、电光调Q技术、染料调Q 技术、(声光调Q)技术等
27、电光调Q是利用电光效应作为(Q开关)元件，实现调Q的技术。
28、染料调Q技术是利用某种有机染料材料对光的吸收系数随(光强)变化的特性，实现调Q的技术。这种调Q方式中，Q开关的延迟时间由材料本身决定，不受人控制，故又称为被动调Q技术。
第5章典型激光器介绍
1、固体激光器用(固体材料)作为激光器的工作物质。工作物质有红宝石、钕玻璃、钇铝石榴石(YAG)等
2、气体激光器的工作物质是气体或金属蒸气。气体激光的特点是激光输出波长范围(较宽)。常用的氦-氖激光器，是通过气体放电使Ne原子产生粒子数反转，输出激光的波长为632.8nm(红光)。
3、气体激光器能长时间较稳定(连续)工作的特点，能以脉冲和连续两种方式工作。
4、半导体激光器以半导体为工作物质，产生激光的方法有p-n结注入式、(电子束)激发、光激发、雪崩式击穿等。
5、液体激光器(染料激光器)常用有机染料作工作物质，大多数情况是把有机染料溶于乙
醇、丙酮、水等，也有以蒸汽状工作的。液体激光器的输出波长(连续可调)，且覆盖面宽。波长分布在0.32,1.3微米.
6、自由电子激光器以自由电子为工作物质。把凡是利用自由电子与电磁波相
互作用所产生的从微波到X射线的受激辐射均称为自由电子激光。其峰值功率和平均功率高且可调，相干性好，可获得(偏振)输出，因此具有很诱人的前景。特点是:输出功率高，因此而成为战略激光武器的首选器件。
7、化学激光器通过化学反应提供能量，形成受激辐射的激光器。其特点是:频率高，光子能量大，穿透力强，破坏效能高。
8、固体激光器基本上都是由绝缘晶体工作物质、泵浦系统、谐振腔和(冷却系统)、滤光系统构成的。一般都采用光泵浦激励。
9、红宝石激光器属于(三能级)系统。特点:机械强度高，能够输出大能量的单模激光。在室温下不宜连续和高重复率工作。
10、掺钕钇铝石榴石(Nd3，:YAG)属于(四能级)系统
11、固体激光工作的泵浦光源多为工作于(弧光放电)状态的惰性气体放电灯。
12、固体激光器的泵浦系统还要冷却和(滤光)。常用的冷却方式有液体冷却、气体冷却和传导冷却等，其中以液冷最为普遍。
13、固体激光器的总体效率定义为:固体激光器的激光输出与泵浦灯的(电输入)之比。对于连续激光器的总体效率用功率表示;脉冲激光器,用能量描述总体效率表示。通常红宝石激光器的总体效率为 (0.5-1.0)%,，YAG激光器的总体效率可达(1-2.0)%。 14、半导体激光器泵浦固体激光器的结构有端泵浦方式和(侧泵浦)方式。 15、He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和(半内腔)式三种. He-Ne激光器是典型的(四能级)系统，其激光谱线主要有三条 0.6328m;1.15m; 3.39m。
16、CO2激光器的转换效率很高，最高可达(40,)。有其余的能量转换为气体的热能，使温度升高。而气体温度的升高，将引起激光上能级的消激发和激光下能级
的热激发，这都会使粒子的反转数减少。气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增益系数下降;还将引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。
17、染料激光器的工作物质是有机染料溶液。每个染料分子都由许多原子组成，其能级结构十分复杂。染料分子能级图是(准连续态)能级结构。
18、染料分子是一种(四能级)系统，容易实现粒子数反转，阈值很低;染料激光发射的荧光波长比吸收的泵浦光波长长;染料激光的荧光光谱范围是准连续宽带结构，可使染料激光器在(大范围)内可以调谐。
19、染料激光器要有一个(波长选择)装置如，光栅、棱镜等。放在腔中的光栅G具有扩束和色散作用。旋转R2，使某一波长光的入射角为零，该波长光便低损耗地返回谐振腔，形成振荡。故旋转R2，可调谐激光器的输出频率。
1、激光器的基本结构包括:激光工作物质，激励能源和光学谐振腔三个部分，其中光学谐振腔有三个方面作用:(1)、加长光在增益介质中行进的路径以提高光能密度;(2)、提高光的方向性;(3)、形成共振产生的模提高相干性。
E,Eh,212、受激辐射的特点是:(1)只有外来光子的能量()等于(高能级上电子跃迁到低能级的能量差)时，才会发生;(2)激励发射出的光子与外来光完全相同，即频率，位相，偏振方向，传播方向相同。
3、叙述下兰姆凹陷稳频的工作原理。
答:非均匀增宽型介质激光器谱线的输出功率随频率的变化是钟型的，即在谱线的中心频率处形成一个兰姆凹陷，兰姆凹陷的宽度较谱线的宽度窄，而凹陷的中心频率就是谱线的中心频率。当输出频率在中心频率附近有微小的变化就会引起输出功率的显著变化。因此通过对输出光强的检测，输出一个与光强变化相对应的信号去控制腔长，从而把频率稳定在中心频率处。
4、激光器为什么要选取单纵模,一般有哪几种选模方法,
答:因为在很多场合要提高激光束的单色性和相干性，所以要选取单纵模。选模方法有:(1)短腔法，缩短腔长，加大相邻纵模之间的间隔。(2)法布里,珀罗标准具法，在谐振腔里加入一个法布里,珀罗标准具。(3)三反射镜法，将激光器的一个反射镜用三块反射镜的组合来代替，相当于一个激光谐振腔现在由一个长腔和一个短腔组成。
5、简述四能级系统产生受激的基本原理和特点。它与三能级系统的区别在哪里,
EE14答:四能级系统的基态不是发出激光的低能级，由基态抽运到亚稳态的能级上的粒子
EEE333不稳定，很快会自发跃迁到能级上，是发出激光的高能级，在上的粒子能够受激
h,,E,EEEE32222发射的光子跃迁到能级上发出激光，而上粒子寿命很短，能级一般都空着，因此四能级系统很容易实现粒子数反转，这是四能级与三能级的主要区别。
1、兰姆凹陷:非均匀增宽激光器的输出功率与频率的关系曲线上，当振荡模频率P,
时，曲线上有一凹陷，即是兰姆凹陷。 ,,,q0
2、弛豫振荡:大量实验表明，一般固体激光器所输出波型并不是一个平滑的光脉冲，而是一群宽度只有微秒量级的短脉冲序列，即所谓“尖峰”序列。激励越强，则短脉冲之间的时间间隔越小。这种现象称为弛豫振荡效应或尖峰振荡效应。
3、增益曲线烧孔效应:由于腔内的驻波场分布，波腹处光强大，波节处光强小，由于饱和效应，则反转集居数从而增益系数在波腹处最小，在波节处最大，形成增益系数的轴向(或纵向)空间分布。此即为增益的轴向(或纵向)空间烧孔效应。
4、谱线加宽:由于各种因素的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率附近的很窄的范围内，这叫谱线加宽。
5、画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组
6、饱和光强的物理意义
7、气体激光器中多普勒加宽烧孔效应
8、什么是纵模竞争,选取单纵模的方法有哪些,
9、什么是频率的稳定度,影响频率不稳定的因素有哪些,
10、为什么调Q时增大激光器的损耗的同时能造成上能级粒子数的积累, 常识测试
1、常见激光器的工作物质(激活粒子)、各种激光器常用的泵浦方式
2、常用的激光技术、每个激光器的谱线有哪些,常见激光器波长。
激光原理及技术习题答案
激光原理及技术部分习题解答（陈鹤鸣） 第一章 4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ?应当是多少？ 解：相干长度C c L υ = ?，υ?是光源频带宽度 85 3*10/3*101C c m s Hz L km υ?=== 22 510 8 (/) 632.8*3*10 6.328*103*10/c c c c nm Hz c m s λλυυυυλλλυλ-=??=?=???=?== 第二章 4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =，相应的频率为υ，波长为λ，能级上的粒子数密度分别为21,n n ，求： （1）当3000,300MHz T K υ= =时，21/?n n = （2）当1,300m T K λμ= =时，21/?n n = （3）当211,/0.1m n n λμ= =时，温度T=？ 解： T k E E b e n 121 2 n -- = 其中1 2**E E c h E c h -= ?=λ ν λ h c h == ?*E （1）
（2） 10 * 425 .121 48 300 * 10 * 38 .1 10 10 *3 * 10 * 63 .6 1 223 6 8 34 ≈ = = = =- - - - - - - e e e n n T k c h b λ （3） K n n k c h b 3 6 23 8 34 1 2 10 * 26 .6 )1.0( ln * 10 * 10 * 8 .3 1 10 *3 * 10 * 63 .6 ln * T= - = - = - - - λ 9. 解：(1) 由题意传播1mm,吸收1%，所以吸收系数1 01 .0- =mm α (2) 0 1 01 100 366 0I . e I e I e I I. z= = = =- ? - α 即经过厚度为0.1m时光能通过36.6% 10.解：
08激光原理与技术试卷B
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 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 。
10. 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 。 3. 下列各种特性中哪个特性可以概括激光的本质特性（C ） (A)单色性； (B)相干性； (C)高光子简并度； (D)方向性。 4. 下列加宽机制中，不属于均匀加宽的是（B ） (A)自然加宽； (B)晶格缺陷加宽； (C)碰撞加宽； (D)晶格振动加宽。 5. 下列方法中，不属于横模选择的是（D ） (A)小孔光阑选模； (B) 非稳腔选模； (C) 谐振腔参数N g ,选择法； (D)行波腔法。 三、简答题（每题4分，共20分）
激光原理与应用课试卷试题答案
激光原理及应用[陈家璧主编] 一、填空题（20分，每空1分） 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是（自发辐射）、（受激吸收）、（受激辐射）。 2、光腔的损耗主要有（几何偏折损耗）、（衍射损耗）、（腔镜反射不完全引起的损耗）和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是（模式选择）和（提供轴向光波模的反馈）。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因，衍射损耗与菲涅耳数有关，菲涅耳数的近似表达式为（错误！未找到引用源。），其值越大，则衍射损耗（愈小）。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为（错误！未找到引用源。）。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括（多普勒加宽），（晶格缺陷加宽）两种加宽。 7、CO2激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是（提高激光上能级的激励效率），氦气的作用是（有助于激光下能级的抽空）。 8、有源腔中，由于增益介质的色散，使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫做（频率牵引）。 9、激光的线宽极限是由于（自发辐射）的存在而产生的，因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲，脉冲宽度可达（错误！未找到引用源。）S，通常有（主动锁模）、（被动锁模）两种锁模方式。 二、简答题（四题共20分，每题5分） 1、什么是自再现？什么是自再现模？ 开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直，是实际应用中经常使用的技术手段，在聚焦透镜焦距F一定的条件下，画出像方束腰半径随物距变化图，并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念，请说明什么是空间烧孔？什么是反转粒子束烧孔？ 4、固体激光器种类繁多，请简单介绍2种常见的激光器（激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长）。 三、推导、证明题（四题共40分，每题10分）
激光原理与技术试题
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] 1.1激光的相干时间T和表征单色性的频谱宽度△V之间的关系 为 1/ c 1.2 一台激光器的单色性为5X10-10,其无源谐振腔的Q值是_2x109 1.3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A10等于105S1，该跃迁的受激 辐射爱因斯坦系数B10等于6x1010 m3^2^ 1.4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。 1.5对称共焦腔的1（A D）_1_,就稳定性而言，对称共焦腔是稳定______________ 空。 2.问答题（选做4小题，每小题5分）[20] 2.1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: 九'；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 n2t 2 ( C)h 0 ------------------- 。 n t Rut 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。 2.2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n 2t n n ——-;四能级系统的上能级阈值粒子数密度2 n2t n t 。 2.3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。 2.4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。每个粒子对不同频率处的增益都有贡献，入射的强光不仅使自身的增益系数下降，也使其他频率的弱光增益系数下降。满足阀值条件的纵模在振荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都
激光原理与技术习题
1.3 如果微波激射器和激光器分别在λ＝10μm ，＝5×10－ 1μm 输出1W 连续功率，试问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？ 解：若输出功率为P ，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则： 由此可得： 其中346.62610J s h -=??为普朗克常数， 8310m/s c =?为真空中光速。 所以，将已知数据代入可得： =10μm λ时： 19-1=510s n ? =500nm λ时： 18-1=2.510s n ? =3000MHz ν时： 23-1=510s n ? 1.4设一光子的波长＝5×10－ 1μm ，单色性λ λ ?＝10－ 7，试求光子位置的不确定量x ?。若光子的波长变为5×10－ 4μm （x 射线）和5 ×10 －18 μm （γ射线），则相应的x ?又是多少 m m x m m m x m m m x m h x h x h h μμλμμλμλλμλλ λλλλλλλλ 11171863462122 1051051051051051051055/105////0 /------?=?=???=?=?=???=?==?=???=?=?P ≥?≥?P ??=P?=?P =?P +P?=P 1.7如果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105S － 1，试问：（1）该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10是多少？（2）为使受激跃迁几率比自发跃迁几率大三倍，腔内的单色能量密度ρ应为多少？ c P nh nh νλ==P P n h hc λ ν= =
1.8如果受激辐射爱因斯坦系数B10＝1019m3s－3w－1，试计算在（1）λ＝6 m（红外光）；（2）λ＝600nm（可见光）；（3）λ＝60nm（远紫外光）；（4）λ＝0.60nm（x射线），自发辐射跃迁几率A10和自发辐射寿命。又如果光强I＝10W/mm2，试求受激跃迁几率W10。 2.1证明，如习题图2.1所示，当光线从折射率η1的介质，向折射率为η2的介质折射时，在曲率半径为R的球面分界面上，折射光线所经受的变换矩阵为 其中，当球面相对于入射光线凹（凸）面时，R取正（负）值。 习题
激光原理与技术习题一
《激光原理与技术》习题一 班级 序号 姓名 等级 一、选择题 1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm -1 = eV 。 （A ）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er 光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm ，则产生该波长的两能级之间的能量间 隔约为 cm -1。 （A ）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm 的He-Ne 激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz 。谐振腔长度为50cm 。假 设该腔被半径为2a=3mm 的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为 个。 （A ）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的 二、填空题 1、光子学是一门关于 、 、 光子的科学。 2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从 统计分布。 3、设掺Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为10ms ，则其谱线宽度为 。 三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz 的某光源，相干长度为1m ，求此光源的单色性参数及线宽。 2．某光源面积为10cm 2，波长为500nm ，求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1 kT hv 。
《激光原理与技术》习题二 班级 姓名 等级 一、选择题 1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W 。 （A ）1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、激光器一般工作在 状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态 二、填空题 1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数 是 。 2、一束光通过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，则该物 质的增益系数为 。 三、问答题 1、以激光笔为例，说明激光器的基本组成。 2、简要说明激光的产生过程。 3、简述谐振腔的物理思想。 4、什么是“增益饱和现象”？其产生机理是什么？ 四、计算与证明题 1、设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2)，相应的频率为ν(波长为λ)，能级上的粒子数密度分 别为2n 和1n ，求 (a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时，21/?n n = (b) 当λ=1μm ，T=300K 时，21/?n n = (c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时，温度T=？ 2、设光振动随时间变化的函数关系为 （v 0为光源中心频率）， 试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线。 ? ??<<=其它,00),2exp()(00c t t t v i E t E π
激光原理与激光技术习题
激光原理与激光技术习题答案 习题一 (1)为使氦氖激光器的相干长度达到1m ，它的单色性?λ/λ应为多大？ 解： 1010 1032861000 106328--?=?=λ=λ λ?=.L R c (2) λ=5000?的光子单色性?λ/λ=10-7，求此光子的位置不确定量?x 解： λ=h p λ?λ=?2h p h p x =?? m R p h x 510 1050007 10 2=?=λ=λ?λ=?=?-- (3)CO 2激光器的腔长L=100cm ，反射镜直径D=1.5cm ，两镜的光强反射系数分别为r 1=0.985,r 2=0.8。求由衍射损耗及输出损耗分别引起的δ、τc 、Q 、?νc (设n=1) 解： 衍射损耗: 1880107501 106102 262.) .(.a L =???=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-?=??=δ=τ 6 86 8 10113107511061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 19101910 75114321216 8 =?=???=πτ= ν?- 输出损耗: 119080985050212 1.)..ln(.r r ln =??-=-=δ s ..c L c 8 81078210 311901-?=??=δ=τ 6 86810 964107821061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 7510751078214321216 8 =?=???=πτ= ν?- (4)有一个谐振腔，腔长L=1m ，两个反射镜中，一个全反，一个半反，半反镜反射系数r=0.99，求在1500MHz 的范围内所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗) 解： MHz Hz .L c q 15010511 2103288=?=??==ν? 11]11501500 []1[=+=+ν?ν?=?q q 005.02 01 .02=== T δ s c L c 781067.610 3005.01 -?=??== δτ MHz c c 24.010 67.614.321 217 =???= = -πτν? (5) 某固体激光器的腔长为45cm ，介质长30cm ，折射率n=1.5，设此腔总的单程损耗率0.01π，求此激光器的无源腔本征纵模的模式线宽。
激光原理与技术习题一样本
《激光原理与技术》习题一 班级序号姓名等级 一、选择题 1、波数也常见作能量的单位, 波数与能量之间的换算关系为1cm-1 = eV。 ( A) 1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm, 则产生该波长的两能级之间的能量 间隔约为 cm-1。 ( A) 6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm的He-Ne激光器, 谱线线宽为Δν=1.7×109Hz。谐振腔长度为50cm。 假设该腔被半径为2a=3mm的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为个。 ( A) 6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的 二、填空题 1、光子学是一门关于、、光子的科学。 2、光子具有自旋, 而且其自旋量子数为整数, 大量光子的集合, 服从统计分布。 3、设掺Er磷酸盐玻璃中, Er离子在激光上能级上的寿命为10ms, 则其谱线宽度 为。 三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz的某光源, 相干长度为1m, 求此光源的单色性参数及线宽。
2．某光源面积为10cm 2, 波长为500nm, 求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1-kT hv 。 《激光原理与技术》习题二 班级 姓名 等级 一、 选择题 1、 在某个实验中, 光功率计测得光信号的功率为-30dBm, 等于 W 。 ( A) 1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、 激光器一般工作在 状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态 二、 填空题 1、 如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率, 则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数 是 。 2、 一束光经过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍, 则该物 质的增益系数为 。 三、 问答题 1、 以激光笔为例, 说明激光器的基本组成。 2、 简要说明激光的产生过程。 3、 简述谐振腔的物理思想。 4、 什么是”增益饱和现象”? 其产生机理是什么? 四、 计算与证明题 1、 设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2), 相应的频率为ν(波长为λ), 能级上的粒子数密度 分别为2n 和1n , 求 (a) 当ν=3000MHz , T=300K 时, 21/?n n =
《激光原理及技术》1-4习题问题详解
激光原理及技术部分习题解答（鹤鸣） 第一章 4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ?应当是多少？ 解：相干长度C c L υ = ?，υ?是光源频带宽度 85 3*10/3*101C c m s Hz L km υ?=== 22 510 8 (/) 632.8*3*10 6.328*103*10/c c c c nm Hz c m s λλυυυυλλλυλ-=??=?=???=?== 第二章 4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =，相应的频率为υ，波长为λ，能级上的粒子数密度分别为 21,n n ，求： （1）当3000,300MHz T K υ= =时，21/?n n = （2）当1,300m T K λμ= =时，21/?n n = （3）当211,/0.1m n n λμ= =时，温度T=？ 解： T k E E b e n 121 2 n --= 其中1 2**E E c h E c h -=?=λ ν λ h c h == ?*E （1） （2）010*425.12148300 *10*38.11010*3* 10 *63.61 2 236 8 34 ≈====--- ----e e e n n T k c h b λ
（3） K n n k c h b 3 6 238341 210*26.6)1.0(ln *10*10*8.3110*3*10*63.6ln *T =-=-=---λ 9. 解：(1) 由题意传播1mm,吸收1%，所以吸收系数101.0-=mm α (2) 010010100003660I .e I e I e I I .z ====-?-α 即经过厚度为0.1m 时光能通过36.6% 10. 解： m /..ln .G e .e I I G .Gz 6550314 013122020===?=?
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 =+)(2 1 D 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 R c L δ υπτπ?= = ；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 220 2()t c s t out n 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22 t t 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。每个粒子对不同频率处的增益都有贡献，入射的强光不仅使自身的增益系数下降，也使其他频率的弱光增益系数下降。满足阀值条件的纵模
2009-2010《激光原理与技术》课程试题B 试卷试题答案
一、填空题（20分，每空1分） 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是（自发辐射）、（受激吸收）、（受激辐射）。 2、光腔的损耗主要有（几何偏折损耗）、（衍射损耗）、（腔镜反射不完全引起的损耗）和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是（模式选择）和（提供轴向光波模的反馈）。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因，衍射损耗与菲涅耳数有关，菲涅耳数的近似表达式为（错误！未找到引用源。 ），其值越大，则衍射损耗（愈小）。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为（错误！未找到引用源。 ）。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括（多普勒加宽），（晶格缺陷加宽）两种加宽。 7、CO2激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是（提高激光上能级的激励效率），氦气的作用是（有助于激光下能级的抽空）。 8、有源腔中，由于增益介质的色散，使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫做（频率牵引）。 9、激光的线宽极限是由于（自发辐射）的存在而产生的，因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲，脉冲宽度可达（错误！未找到引用源。）S ，通常有（主动锁模）、（被动锁模）两种锁模方式。 二、简答题（四题共20分，每题5分） 1、什么是自再现？什么是自再现模？ 开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直，是实际应用中经常使用的技术手段，在聚焦透镜焦距F 一定的条件下，画出像方束腰半径随物距变化图，并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念，请说明什么是空间烧孔？什么是反转粒子束烧孔？ 4、固体激光器种类繁多，请简单介绍2种常见的激光器（激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长）。 三、推导、证明题（四题共40分，每题10分） 1、短波长（真空紫外、软X 射线）谱线的主要加宽是自然加宽。试证明峰值吸收截面为π λσ22 = 。
激光原理与技术09级A卷含答案
题号一二三四总分阅卷人 得分 得分 2011 ─2012学年 第 2 学期 长江大学试卷 院（系、部） 专业 班级 姓名 学号 …………….……………………………. 密………………………………………封………………..…………………..线…………………………………….. 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A卷)专业：应物 年级2009级 考试方式：闭卷 学分4.5 考试时间：110 分钟相关常数：光速：c=3×108m/s, 普朗克常数h =6.63×10-34Js, 101/5=1.585 一、选择题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 掺铒光纤激光器中的发光粒子的激光上能级寿命为10ms ，则其自 发辐射几率为 。 （A ）100s -1 (B) 10s -1 (C) 0.1s -1 (D) 10ms 2. 现有一平凹腔R 1→∞，R 2=5m ，L =1m 。它在稳区图中的位置是 。(A) (0, 0.8) (B) (1, 0.8) (C) (0.8, 0) (D) (0.8, 1) 3. 图1为某一激光器的输入/输出特性曲线，从图上可以看出，该激光器的斜效率约为 。
(A) 10% (B) 20% (C) 30% (D) 40% 图1 图2 4．图2为某一激光介质的吸收与辐射截面特征曲线，从图上可以看出，该激光介质可用来产生 的激光。
得 分 (A) 只有1532 nm (B)只能在1532 nm 附近 (C) 只能在1530 nm-1560nm 之间 (D) 1470 nm-1570nm 之间均可 A 卷第 1 页共 6 页 5. 电光晶体具有“波片”的功能，可作为光波偏振态的变换器，当晶体加上V λ/2电场时，晶体相当于 。 （A ）全波片 (B) 1/4波片 (C) 3/4波片 (D) 1/2波片 6. 腔长3m 的调Q 激光器所能获得的最小脉宽为 。（设腔内介质折射率为1） （A ）6.67ns (B) 10ns (C) 20ns (D) 30ns 7. 掺钕钇铝石榴石（Y 3Al 5O 12）激光器又称掺Nd 3+:YAG 激光器，属四能级系统。其发光波长为 。 （A ） 1.064μm （B ）1.30μm （C ） 1.55μm （D ）1.65μm 8. 在采用双包层泵浦方式的高功率光纤放大器中，信号光在 中传输。 （A ） 纤芯 （B ）包层 （C ）纤芯与包层 （D ）包层中（以多模） 9. 脉冲透射式调Q 开关器件的特点是谐振腔储能调Q ，该方法俗称 。 （A ）漂白 （B ）腔倒空 (C ）锁模 （D ）锁相 10. 惰性气体原子激光器，也就是工作物质为惰性气体如氩、氪、氙、氖等。这些气体除氙以外增益都较低，通常都使用氦气作为辅助气体，借以 。 (A ）降低输出功率 (B ）提高输出功率 C ）增加谱线宽度 （D ）减小谱线宽度 二、填空题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 在2cm 3空腔内有一带宽为1×10-4μm ，波长为0.5μm 的跃迁，此跃迁的频率范围是 120 GHz 。 2. 稳定球面腔与共焦腔具有等价性，即任何一个共焦腔与无穷多个稳定
08激光原理与技术试卷B
08激光原理与技术试卷B
2 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 。
3 10. 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 。 3. 下列各种特性中哪个特性可以概括激光的本质特性（C ） (A)单色性； (B)相干性； (C)高光子简并度； (D)方向性。 4. 下列加宽机制中，不属于均匀加宽的是（B ） (A)自然加宽； (B)晶格缺陷加宽； (C)碰撞加宽； (D)晶格振动加宽。 5. 下列方法中，不属于横模选择的是（D ） (A)小孔光阑选模； (B) 非稳腔选模； (C) 谐振腔参数N g ,选择法； (D)行波腔法。 三、简答题（每题4分，共20分）
激光原理与技术
激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高。由于谐振腔对 光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大，所以激光具有很高的方向性。半导体激光器的方向性最差。衍射极限θm≈1.22λ D (λ为波长，D为光束直径)；激光是由原子受激辐射而产生，因而谱线极窄，所以单色性极好。单模稳频气体激光器的单色性最好，半导体激光器的单色性最差；激光是通过受激辐射过程形成的，其中每个光子的运动状态（频率、相位、偏振态、传播方向）都相同，因而是最好的相干光源。激光是一种相干光这是激光与普通光源最重要的区别；激光的高方向性、单色性等特点，决定了它具有极高的单 色定向亮度。相干性包括时间相干和空间相干，有时用相干长度L C=C ?V 来表示相干时间。自发辐射：处于高能级E2的原子自发地向低能级跃迁，并发射出一个能量为hv=E2?E1的光子，这个过程称为自发跃迁。 自发辐射跃迁概率（自发跃迁爱因斯坦系数）A21=（dn21 dt ） sp 1 n2 = ?1 n2dn2 dt （n2为E2能级总粒子数密度；dn21为dt时间内自发辐射跃迁 粒子数密度）；受激辐射：在频率为v=(E2?E1)/h的光照激励下，或在能量为hv=E2?E1的光子诱发下，处于高能级E2上的原子可能跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与诱发光子的状态完全相同的光子，这 个过程称为受激辐射跃迁W21=（dn21 dt ） st 1 n2 =?1 n2 dn2 dt 。受激辐射跃 迁与自发辐射跃迁的区别在于，它是在辐射场（光场）的激励下产生的，因此，其月前概率不仅与原子本身的性质有关，还与外来光场的单色能量密度ρv成正比，W21=B21ρv，B21称为爱因斯坦系数；受激吸收：处于低能级E1的原子，在频率为v的光场作用（照射）下，吸收
激光原理与激光技术习题答案
激光原理与激光技术习题答案 习题一 (1)为使氦氖激光器的相干长度达到1m ，它的单色性 /应为多大 解： 1010 1032861000 106328--?=?=λ=λ λ?=.L R c (2) =5000?的光子单色性 /=10-7 ，求此光子的位置不确定量x 解： λ =h p λ?λ =?2h p h p x =?? m R p h x 510 1050007 10 2=?=λ=λ ?λ=?=?-- (3)CO 2激光器的腔长L=100cm ，反射镜直径D=1.5cm ，两镜的光强反射系数分别为r 1=,r 2=。求由衍射损耗及输出损耗分别引起的、 c 、Q 、 c (设n=1) 解： 衍射损耗: 1880107501106102 262.) .(.a L =???=λ=δ-- s ..c L c 8 81075110318801-?=??=δ=τ 6 86810 113107511061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 19101910 75114321 2168 =?=???=πτ= ν?- 输出损耗: 119080985050212 1.)..ln(.r r ln =??-=-=δ s ..c L c 8 8 1078210311901-?=??=δ=τ 6 86810 964107821061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 75107510 78214321 2168 =?=???=πτ= ν?- (4)有一个谐振腔，腔长L=1m ，两个反射镜中，一个全反，一个半反，半反镜反射系数r=，求在1500MHz 的范围内所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗) 解： MHz Hz .L c q 15010511 2103288=?=??==ν? 11]11501500 []1[=+=+ν?ν?=?q q 005.02 01 .02===T δ s c L c 781067.610 3005.01 -?=??== δτ MHz c c 24.01067.614.321 217 =???= = -πτν?
激光原理与技术-北京理工大学--光电学院
《激光技术原理与实验》 课程代码： 课程名称：激光原理与技术实验 学分：3 学时：48 （其中实验学时：16） 先修课程：普通物理、物理光学 一、目的与任务 本课程是测控技术与仪器专业一门理论与实验并重的专业基础课，其教学目的是通过该课程理论部分的学习，使学生系统掌握激光的基本概念和基础理论，掌握各种类型激光器和基本激光技术的工作原理与设计方法，了解激光器件和激光技术领域的发展趋势和技术前沿。通过实验环节的锻炼，进一步加深对激光器和激光技术基本工作原理的理解，认识和熟悉常见激光器的基本构造、工作特性和调试方法，掌握激光器主要特性参数的测试方法，并学会使用激光实验研究常用的测试仪器。以期通过本课程的学习，培养学生理论联系实际、综合运用所学基础知识解决实际工程问题的能力。 二、教学内容及学时分配 理论部分 绪论（1学时） 第一章激光的物理基础（4学时） 1.激光的特性 2.光波模式和光子状态 3.原子的能级、分布和跃迁 4.激光产生的必要条件与充分条件 第二章场与物质的相互作用（4学时） 1.谱线加宽与线型函数 2.激光器的速率方程理论 3.均匀加宽工作物质的增益系数 4.非均匀加宽工作物质的增益系数 第三章光学谐振腔理论（5学时） 1.光学谐振腔的基本知识
2.光学谐振腔的损耗 3.光学谐振腔的稳定性条件 4.谐振腔的衍射积分理论 5.平行平面腔的自再现模 6.对称共焦腔的自再现模 7.一般稳定球面腔的模式特征 8.高斯光束 第四章激光器的工作特性（4学时） 1.连续激光器和脉冲激光器 2.激光振荡的阈值条件 3.激光器的振荡模式 4.激光器的输出特性 5.单模激光器的线宽极限 6.激光器的泵浦技术 第五章典型激光器（4学时） 1.概述 2.气体激光器 3.固体激光器 4.光纤激光器 5.半导体激光器 6.其他类型激光器 第六章激光调制技术（2学时） 1.调制的基本概念 2.电光调制 3.声光调制 4.直接调制 第七章调Q技术与锁模技术（4学时） 1.调Q技术的基本原理 2.常用的调Q技术
激光原理与技术期末考试B卷答案
………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 L c π 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
激光原理与技术课程内容概要
各章内容总结 第1章 1.光的波粒二相性，光子学说 光是由一群以光速 c 运动的光量子（简称光子）所组成 2三种跃迁过程（自发辐射、受激辐射 和受激吸收） ? 3.自发辐射和受激辐射的本质区别？ ? 4.在热平衡状态下，物质的粒子数密度按能级分布规律（正常分布） ? 5.激光产生的必要条件:实现粒子数反转分布 ? 6.激光产生的阈值条件：增益大于等于损耗 ? 7.激光的特点？ ? (1)极好的方向性（θ≈10-3rad) ? (2)优越的单色性(Δν=3.8*108Hz,是单色 性最好的普通光源的线宽的105倍. ? (3)极好的相干性(频率相同,传播方向同,相位差恒定) ? (4)极高的亮度 ? 8激光器构成及每部分的功能 1激光工作物质 提供形成激光的能级结构体系，是激光产生的内因 νh E =λνc h c h c E m ///2 2===
2.）泵浦源 提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因 3.）光学谐振腔 ①提供光学正反馈作用 ②控制腔内振荡光束的特性 9.激光产生的充分条件(在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强) 10.饱和光强 定义:使激光上能级粒子数减小为小信号值的1/2时的光强为饱和光强. 11.谱线加宽的分类: 均匀加宽和非均匀加宽 两种加宽的本质区别？ 12激光器泵谱技术的分类: 直接泵谱 缺点：（49页） 间接泵谱:分为自上而下、自下而上和横向转移三中方式) u u u u S h A c h I τσντνπν1122 8==)211(2121111τττπν++++=?∑∑u j j i ui H A A N D M T Mc kT 072/120)1016.7(])2(ln 2[2ννν-?==?
激光原理与技术期末复习试题含答案(重修用)
………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 电子科技大学2012-2013学年第1学期 重新学习 考试 课程名称：_激光原理与技术_ 考试形式： 考试日期： 2013年1月 14日 考试时长：120分钟 本试卷试题由_____部分构成，共_____页。 一、选择题（共20分，共 10题，每题2 分） 1. 下列哪个实验不能反映光的量子性： 。 A. 黑体辐射 B. 光电效应 C. 牛顿环 D. 普朗克散射 2. 关于激光振荡，下列哪种说法是正确的： 。 A. 集居数反转是激光振荡的充分条件； B. 只有驻波腔才能产生激光振荡； C. 集居数反转是激光振荡的必要条件； D. 激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。 3. 与普通光源相比，下列哪一个不是激光的特性： 。 A. 相干性好 B. 光子简并度高 C. 同一模式内光子数多 D. 功率高 4. 对于开放光学球面两镜腔，下列哪一个不是谐振腔稳定性条件： 。 A. ()1112A D -< +< B. 121111L L R R ????-<--< ??????? C. 120111L L R R ???? <--< ??????? D. 1201g g << 5. 下列哪一个参数与谐振腔的损耗有关： 。 A. 腔内光子平均寿命 B. 受激发射截面 C. 上能级寿命 D. 谐振腔共焦参数 6. 下列哪种加宽不属于均匀加宽： 。 A. 自然加宽 B. 晶格缺陷加宽 C. 碰撞加宽 D. 晶格振动加宽
………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 7. 关于受激发射截面，下面表述哪一个是错误的： 。 A. 是具有面积量纲的物理量 B. 与入射光频率有关 C. 是原子横截面的面积 D. 受激跃迁速率与受激发射截面成正比 8. 激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关： 。 A. 小信号增益 B. 自然加宽谱线宽度 C. 受激发射截面 D. 谐振腔损耗 9. 在KDP 晶体的纵向电光调制中，半波电压与下列哪个参数无关： 。 A. 晶体尺寸 B. 激光波长 C. 晶体电光系数 D. 晶体折射率 10. KDP 晶体沿z 轴加电场时，由单轴晶体变成双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z 轴旋转了 。 A. 45° B. 60° C. 90° D. 180° 20分，共 20空，每空1 分） 1. 在光与物质的三种相互作用中， 是产生激光的主要机制，而 所产生的光为非相干光。 2. 在三维空腔中，模式数目与频率的 成正比，这个现象称为 。 3. 任何一个共焦腔可以与 个稳定球面镜腔等价，而任何一个稳定球面镜腔只能有 个等价共焦腔。 4. 在 近似下，高斯光束是赫姆霍兹方程的解。 5. 在采用KDP 晶体的纵向电光调制系统中，使用 波片使得通过晶体后的两偏振分量产生附加相位差为 ，使调制器工作在T=50%的偏置点上。 6. 在布拉格声光衍射中，只有入射角i θ等于布拉格角B θ时，在声波面上衍射的光波才满足 条件，得到衍射极值。 7. 在常规调Q 激光器中，当谐振腔损耗很高时，激光器不能振荡，增益介质中的 不断增大并达到极大值，而后瞬间 谐振腔的Q 值，激光器起振并输出巨脉冲。 8. 可饱和吸收体是一种非线性吸收介质，在较强激光作用下，其 随光强的增加而减小直至饱