激光原理与技术期末考试卷(2007-09).pdf

优选专业年优选专业年级 物理学 2004 级 级 物理学 2004 级 学号 学号 姓名 姓名 授课教师 授课教师 郑荣儿 郑荣儿 座号 座号 装 装装 订 订订 线 线线 中国海洋大学中国海洋大学 2007 2008 学年学年 第第 1 学期学期 期末考试试卷期末考试试卷 信息科学与工程 学院 激光原理与技术 课程试题 A卷 共共 2 页页 第第 1 页页 考试说明考试说明 本课程为 有限开卷 考试 可携带 计算器 文具和 1 张B5 纸复习要点总 结 资料 满分为 100 分 创意题为选做题 计附加分 20 1 基本概念题 选做 5 小题 每小题 5 分 25 1 1 激光器一般包括哪三个基本单元 各单元的主要作用是什么 1 2 试辨析激光振荡器 激光放大器和激光器的区别 1 3 激光器的主要泵浦方式有哪些 各举一典型激光器实例 1 4 激光具有哪些基本特性 试举 3 个应用实例 并说明各自应用了激光的哪 方面特性 1 5 何谓烧孔效应 何谓兰姆凹陷 1 6 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 1 7 在粒子反转数密度 n 大于 0 时 在激光腔中一定能产生自激振荡吗 为什 么 2 综合思考题 选做 2 小题 每小题 15 分 30 2 1 何谓介质的吸收截面 现有红宝石样品一块 试设计一实验方案测量该样 品的吸收截面 列出实验所需的设备和元器件 2 2 选模复合腔如图所示 M1 M2 M3为全反镜 M4为部分反射镜 1 试分析 其选模原理和条件 2 如腔内增益介质振荡线宽为 osc 为了获得单纵模 输出 l1 l2应如何选择 题号 一 基本概念 二 综合思考 三 计算 前三题 得分 四 创意题 总分 得分 授课教师命题教师 授课教师命题教师 或命题负责人签字或命题负责人签字 2007 年 12 月 16 日2007 年 12 月 16 日 院系负责人院系负责人 签字签字 2007 年 12 月 17 日 2007 年 12 月 17 日 l l L2 l l l l1 M M2 M1 M3 共共 2 页页 第第 2 页页 2 3 1 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么 简要说明它们在实现粒子 数反转过程中的特点 2 试列出二能级系统的速率方程组 设能级简并度 f1 f2 3 分析二能级系统能否实现粒子数反转 3 计算题 选做 3 小题 每小题 15 分 45 3 1 What would be the output intensity of a helium neon laser operating at 632 8 nm if it has a small signal gain of 0 15 m The laser has two mirrors of reflectivity 99 99 and 98 a gain medium length of 0 2 m and essentially no scattering losses 3 2 A Nd YVO4 laser operating in a pulsed mode at 1 06 m is placed in a cavity with mirrors of 95 at each end of the laser The scattering losses are determined to be 0 4 per pass If the laser produces output pulses of 200 s duration in a beam of diameter 6 mm and if the small signal gain is measured to be 20 per pass what would be the energy of the pulses emerging from the laser 3 3 Nd3 ions are doped into YAG at a 1 atomic concentration which corresponds to a density of Nd atoms of 1 38 1026 per cubic meter in the laser rod If all of these atoms were instantly pumped to the upper laser level and then began to radiate what would be the radiated energy per cubic meter and the average power per cubic meter radiated from this material at the emission wavelength of 1 06 m if the power radiated from one cubic centimeter could be concentrated into a spot 1 mm in diameter what would be the intensity power m 3 4 长度为 10 cm的红宝石棒置于长度为 22 cm的光谐振腔中 红宝石 694 3 nm 谱线的自发辐射寿命 s 4ms 均匀加宽线宽为 2 105 MHz 光腔单程损耗 0 2 求 1 阈值反转粒子数密度 nt 2 当光泵激励产生反转粒子数密 度 n 1 25 nt 时 有多少个纵模可以振荡 红宝石折射率为 1 76 3 假设 红宝石棒的横截面为 1cm2 其中Cr3 离子浓度为 2 1019 cm 3 采用调Q技术 获得T 10 ns 的巨脉冲输出 试估算理想情况下可获得的激光脉冲能量和 峰值功率 3 5 一内腔式He Ne 激光器腔长L 500 mm F 1500 MHz 在一定的泵浦功 率下 测得最大增益系数gmax 2 10 4 mm 1 忽略腔内其它损耗 试问 1 要 产生激光振荡 输出端的透过率不得超过多少 2 若输出端的透过率T 0 1 时 腔内有可能形成多少个纵模振荡 4 创意题 创意题 试以任何表现形式 注意别违反考场纪律 最有效 最大限度地展示你对这门 课理解的程度 深度 广度 选做题 附加分附加分 中国海洋大学中国海洋大学 2008 2009 学年学年 第第 1 学期学期 期末考试试卷期末考试试卷 信息科学与工程 学院 激光原理与技术 课程试题 A卷 共共 2 页页 第第 1 页页 考试说明考试说明 本课程为 有限开卷 考试 可携带 计算器 文具和 1 张B5 纸复习要点总 结 资料 满分为 100 分 创意题为选做题 计附加分 20 1 基本概念题 选做 5 小题 每小题 5 分 25 1 1 激光具有哪些基本特性 试举 3 个应用实例 并说明各自应用了激光的哪 方面特性 1 2 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么 就两系统各举一典型实例 1 3 何谓调 Q 技术 调 Q 技术有哪些主要实现方法 1 4 对于线宽为 的洛仑兹函数和高斯函数 0 为多大时 这两个函数 值相等 在什么频率范围内 洛仑兹函数值大于高斯函数值 1 5 试辨析激光振荡器 激光放大器和激光器的区别 1 6 何谓有源腔和无源腔 为什么激光的谱线总是有一定的宽度 1 7 小信号增益系数和大信号增益系数有何不同 如何区分 小信号的增益系 数对激光输出功率有什么影响 2 综合思考题 选做 2 小题 每小题 15 分 30 2 1 一均匀加宽的连续激光器 腔长为L 工作物质为三能级系统 其长度为l 折射率 1 两反射镜的光强反射率分别为r1 1 r2 I2 1 试分别 画出反转粒子数按速度vz的分布曲线 n vz 并标出烧孔位置及烧孔深度 2 试问有效泵浦功率或气体的气压变 化 对分布曲线 n vz 有何影响 2 3 选模复合腔如图所示 M M1 M2为全反 镜 M3为部分透射镜 1 试分析其选模 原理和条件 2 如腔内增益介质振荡线 宽为 osc 为了获得单纵模输出 l1 l2应如何选择 3 计算题 选做 3 小题 每小题 15 分 45 3 1 What would be the output intensity of a helium neon laser operating at 632 8 nm if it has a small signal gain of 0 15 m The laser has two mirrors of reflectivity 99 99 and 97 a gain medium length of 0 4 m and essentially no scattering losses We assume that the dominant broadening is Doppler broadening and the laser has the saturate intensity of 15W cm2 3 2 What would be the threshold inversion density nth for a Nd YAG laser if it has two mirrors of reflectivity 99 99 and 50 a gain medium length of 10 cm and essentially no scattering losses The laser has a stimulated emission cross section 21 of 2 8 10 23 m2 3 3 计算在理想的情况下 长度为 10 cm 横截面为 1 cm2 Cr3 离子浓度为 2 1019 cm 3的红宝石调Q激光器可能获得最大光能量是多少 对于具有相同几何尺 寸 含相同离子浓度 Nd3 的钕玻璃激光器可能获得最大光能量是多少 若巨脉冲宽度为T 10 ns 则腔内激光的峰值功率又为多少 红宝石激光器 和钕玻璃激光器的输出激光波长分别为 694 3 nm 和 1 06 m 3 4 一内腔式He Ne 激光器腔长L 50 cm F 1 5 GHz 在一定的泵浦功率下 测得最大增益系数gmax 0 15 m 1 忽略腔内其它损耗 试问 1 要产生激光振 荡 输出端的透过率不得超过多少 2 若输出端的透过率T 0 1 时 腔内 有可能形成多少个纵模振荡 4 创意题 4 创意题 试以任何表现形式 注意别违反考场纪律 最有效 最大限度地展示你 对这门课理解的程度 深度 广度 选做题 附加分 附加分 l l M M2 L l M1 M3 中国海洋大学中国海洋大学 2008 2009 学年学年 第第 2 学期学期 期末考试试卷期末考试试卷 信息科学与工程 学院 激光原理与技术 课程试题 A卷 共共 2 页页 第第 1 页页 考试说明考试说明 本课程为 有限开卷 考试 可携带 计算器 文具和 1 张B5 纸复习要点总结 资料 满分为 100 分 创意题为选做题 计附加分 20 1 基本概念题 每小题 5 分 25 1 1 The active medium an incident E M wave The optical resonator part of the induced emission within a few resonator modes The energy pump pumps energy into the active medium to populate selected levels and to achieve 1 2 任何一个共焦腔与 个稳定球面腔等价 而任何一个满足稳定条件的球面 腔 等价于 个共焦腔 并与 个其他稳定球面腔等价 1 3 腔内有 的腔称为有源腔 在有源腔中 由于 使纵模频率比无源腔纵模 频率更 中心频率 这种现象称为 现象 1 4 调Q技术的目的是 其实质是调 实现调Q的主要方法包括 等 1 5 A photon with the wavelength of 1 m would have the frequency of Hz the wave number per centimeter of and the energy E J which equivalent to ev h 6 6256x10 34J s 2 综合思考题 选做 3 小题 每小题 15 分 45 2 1 试分析激光增益介质的荧光线宽和线型 展宽机制 在激光振荡过程中所起的 作用 2 2 下图 a b c 是激光器运转的三种泵浦方式 E2 E1分别为激光的上下 能级 1 试分析比较这三种泵浦方式的特点 优缺点 2 说明各自适用于 哪类激光器的泵浦 题号 一 基本概念 二 综合思考 三 计算 前三题 得分 四 创意题 总分 得分 优选专业年优选专业年级 光信息科学与技术 物理学 2006 级级 光信息科学与技术 物理学 2006 级 学号 学号 姓名 姓名 授课教师 授课教师 郑荣儿 郑荣儿 座号 座号 装 装装 订 订订 线 线线 共共 2 页页 第第 2 页页 2 3 如右上图所示的一稳定平 凹光学谐 振腔 球面镜曲率半径为R 腔长为L 试证明该腔等价于另一个球面镜腔 右下图 其腔长为L l L 一腔 镜的曲率半径仍为R 另一腔镜的曲 率半径 R2 l L R L l 2 4 1 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么 简要说明它们在实现粒子数反 转过程中的特点 2 试列出二能级系统的速率方程组 设能级简并度f1 f2 3 分析二能级系统能否实现粒子数反转 2 5 There are two effects of modes on the gain medium profile called spectral hole burning or frequency hole burning and spatial hole burning Try to give some explanation about their formations the impact upon the gain profile and the mode competition 3 计算题 选做 2 小题 每小题 15 分 30 3 1 What would be the output intensity of a helium neon laser operating at 632 8 nm if it has a small signal gain of 0 15 m The laser has two mirrors of reflectivity 99 99 and 97 a gain medium length of 0 3 m and essentially