激光原理及应用试卷.pdf

激光原理及应用激光原理及应用激光原理及应用激光原理及应用 考试时间考试时间: : 第第 1818周星期周星期 五五( ( 20072007年年1 1 月月 5 5日日) ) 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 10YAG 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1500MH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6328， 1/f() 109Hz，1， 设总损耗率为， 相当于每一反射镜的等效反射率 RlL 98.33，10 7s，腔长 L0.1m。 2 （12分）稳定双凹球面腔腔长 L1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为 R1 1.5m,R23m 求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。 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 L30cm, 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？ 44 （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 激光原理及应用（激光原理及应用（激光原理及应用（激光原理及应用（A A A A）卷）卷）卷）卷 答案及评分标准：答案及评分标准：答案及评分标准：答案及评分标准： 一、 （30 分） BCCBCBCCAC 二、 （20 分） 1. .无穷多个稳定球面腔(2 分) 唯一(2 分) 2. 处于一个光子态的平均光子数(1 分) 处于同一模式的光子数(1 分) 相干体积内偏振一样的光子数(1 分) 处于同一相格中的偏振一样的光子数(1 分) 3工作物质、激励能源、光学谐振腔（3 分） 4 (1 分) (1 分) (1 分) 510（2 分） 6固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器（4 分） 三（42 分） 1（8 分） 解 ； 分） 分） 分） 分） 总 阈 (1 /10048 . 1 (2 10 )106328 . 0 ( 1 . 0 0167 . 0 108 (2 )( 1 8 (3 )( 8 315 9 26 7 2 2 2 22 m f L R fc a n = = = 2（12 分） 解：假设所要求的等价共焦腔的共焦参数为f，以等价共焦腔中点 为 z 坐标的原点，M1，M2两镜的 z 坐标为 z1和 z2，有 () () () 分）（ 分）（ 1 1 )()( )( 21 1 2 21 2 1 RLRL LRL z RLRL LRL z + = + = ()() () () 分）(2 )( 2 21 2121 2 RLRL LRRLRLRL f + + = 衍射损耗 收腔镜反射不完全介质吸 激活介质的光放大作用 代入数值 L1m, R11.5m,R23m 得： = = = 5 14 5 1 5 4 2 1 f z z （3 分） 等价共焦腔腔长 5 142 2=fL （1 分） 位置如上图所示。（4 分） 3 （12 分） 解解：高阶模沿 x,y 方向的光斑半径分别为 sns sms wnw wmw 0 0 12 12 += += （2 分） 基模光斑半径： cm L w s 2 4 0 1046 . 2 14 . 3 106328 . 0 30 = = （3 分） 横模存在时，要求满足 awmw sms 30cm（5分） 2（5分） 3 . (每格2分，共10分) 光泵浦 气体四能级系统 三、计算题（三、计算题（40404040分）分） 1.(12分) 解:因为激光器的纵模间隔为 （3分） 所以可能存在的纵模数为 即可能输出的纵模数为10个。（3分） 要想获得单纵模输出，则： （3分） （3分） 2（14分） 解：（1）方形镜对称共焦腔镜面上模的振幅分布为： （2分） 其中：（2分） 因为节线的位置，就是振幅为0的位置，所以令 （2分） 得：x方向无节线；（2分） y方向节线位置： 即：（3分） （2）这些节距是等间距的。（3分） 3（14分） 解： （1） （3 分） （2）此腔产生的等价对称共焦腔的高斯光束焦参数； （3分） （2分） （3）以其等价共焦腔的中点为原点，腰位置即 z=0处，设镜 R1的z坐标为 z1，镜 R2的z坐标为z2，有： （1分） （1分）