个人归纳大学激光原理复习要点

1. 通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值 高 。2. Nd:YAG激光器可发射以下三条激光谱线 1064 nm、 1319 nm、 946 nm。其中哪两条谱线属于四能级结构 1319 nm、 1064 nm。3. 红宝石激光器属于 三 能级激光器。He-Ne激光器属于 四 能级激光器。4. 激光具有四大特性，即 高相干性 、 高单色性 、 高亮度 和 高的方向性 5. 激光器的基本组成部分 增益介质 、 泵浦原 、 谐振腔 。6. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为 阈值 增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率 相等 .7. 调Q技术产生激光脉冲主要有调Q 、 锁模 两种方法。6. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为 增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率 .7. 写出两种产生高峰值功率激光脉冲的方法 、 。简答：三能级方程及图 四能级方程及图 增益饱和 模式竞争 空间烧孔效应 自由光谱区 1. 光与物质存在那三种相互作用？ 激光放大主要利用其中那种相互作用？说明在激光产生过程中，最初的激光信号来源是什么？（10分）答：光与物质间相互作用为：自发辐射、受激发射和受激吸收。（3分）激光放大主要利用其中的受激发射（3分）。激光产生过程中，最初的激光信号是激光介质自发辐射所产生的荧光。激光介质自发辐射所产生的沿轴向传播的荧光反复通过激光介质，当增益大于损耗时，这些荧光不断被放大，最后形成了激光发射。（4分）2. 说明均匀增宽和非均匀增宽的区别？说明为什么均匀增宽介质内存在模式竞争？（10分）答：均匀增宽介质内每一个原子对谱线内任一频率光波都有相同的贡献， 所有原子对发射谱线上每一频率的光波都有相同贡献，所有原子的作用相同；非均匀增宽介质发射的不同的光谱频率对应于不同的原子，不同的原子对中谱线中的不同频率有贡献，不同原子的作用不同的（5分）。均匀增宽激光介质发射谱线为洛仑兹线型，中心频率处谱线增益最大，该频率处附近纵模优先起振，由于均匀增宽介质内每一个原子对谱线内任一频率光波都有相同的贡献，中心频率处纵模振荡发射激光将引起激光上能级原子数下降，激光增益曲线形状不变，但整体下降，当中心频率处纵模增益降低为激光振荡阈值时，该处纵模稳定输出，其它频率的纵模增益都小于阈值，无法振荡。3. 说明激光谐振腔损耗的主要来源？设均匀增宽激光介质长度为10 cm，增益系数为G0=0.02 cm-1，内部损耗系数为,求光强为300W/cm2、光斑面积为0.01cm2的激光束通过该激光介质后的激光强度和激光功率？（12分）答：激光谐振腔损耗可以分为：1. 内部损耗：来源为激光介质不均匀所造成的散射以及激光介质本身的吸收损耗(2分)；2. 腔镜损耗：来源为腔镜投射损耗、腔镜的衍射损耗以及腔镜的吸收损耗。4. 画出声光调Q激光器原理图，说明声光调Q基本原理？（10分）答：首先Q开关关闭, 腔内声光晶体衍射产生的损耗高，腔内Q值低，激光振荡阈值高，激光不振荡，上能级聚集大量反转粒子：Q开关迅速开启,腔内损耗迅速下降，Q值急剧升高，阈值迅速下降，反转粒子数远大于阈值反转粒子数，上能级聚集大量反转粒子变为峰值功率很高的激光脉冲声光器件-声光Q开关激光介质全反镜输出镜声光Q开关关闭时第 页激光介质声光器件 激光脉冲全反镜输出镜声光Q开关关闭时1.画出三能级系统的能级简图并写出其速率方程组2. 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组2. 一两块球面镜组成的直腔，腔长为L，球面镜的曲率半径分别为R1和R2，写出其往返矩阵的表达式。答:往返矩阵为:3什么是对成共焦腔,计算对成共焦腔g参数.:答: 对成共焦腔:R1=R2=L对成共焦腔g参数.: 1. 基模高斯光束光斑半径： 激光光强下降为中心光强点所对应的光斑半径.2. 光束衍射倍率因子3. 一般稳定球面腔与共焦腔的等价关系：一般稳定球面腔与共焦腔的等价性：任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价；任何一个稳定球面腔唯一地等价于一个共焦腔。3. 基模高斯光束远场发散角；与束腰半径的关系：. 气体激光器中多普勒加宽烧孔效应：由于腔镜的作用，腔内模1频率可看成两束沿相反方向传输的行波、的迭加。如果足够强，则分速度为（）的反转粒子数都会出现饱和效应，曲线在对称于o两侧的和处出现两个烧孔。这是同一模式与运动粒子相互作用的结果，因此二个烧孔是关联的，即同时出现。自由空间 薄透镜自再现模：往返一次能再现自身的稳态场分布。稳定腔:损耗低 非稳腔:损耗高 临界腔:损耗介于两者之间高 腔内振荡频率为: 三种相互作用：自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁1. 增益介质：提供能级 2.谐振腔：模式选择 3.泵浦（外界能量源）：提供粒子数反转性质满足归一化 2. 今有一球面腔，L80cm。试证明该腔为稳定腔；求出它的等价共焦腔的参数。（9）解：g=1-=0.47 g=1-=1.8 ，gg=0.846 即：0 gg1，所以该腔为稳定腔。由公式（2.8.4）Z=-1.31mZ=-0.15mf=0.25mf=0.5m1 稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R140cm，R2100cm，求腔长L的取值范围。（9分）解:根据谐振腔稳定性判断条件可得: 1 腔长为0.5m的氩离子激光器，发射中心频率5.85l014Hz，荧光线宽6l08 Hz，问它可能存在几个纵模?相应的q值为多少？ (设=1) （9分）解：纵模间隔为:，则可