激光技术思考题.doc

“激光技术及应用”思考题1 与普通光源相比激光有哪些主要特点？试解释造成激光上述特点的原因。 激光的特点：单色性好,方向性好；相干性好；亮度高. 激光是光的受激辐射. 普通 光源是光的自发辐射2 什么是自发辐射、受激辐射、受激吸收？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 E2-E1 的光子受激辐射：当受到外来的能量 E2-E1的光照射时，高能级E2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子（能量 E2-E1）的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程3 在光与物质相互作用的三个过程中，什么情况下光的受激辐射占优势？ 当高低能级的简并度相同时，受激辐射与受激吸收系数相等。外来光子被吸收和激发受激辐射的机会相同。4 自发辐射发光和受激辐射发光各有什么特点？ 自发辐射的特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播，是非相干光 受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同， 即：频率、位相、偏振和传播方向完全一样，因此受激辐射与外来辐射是相干的5 产生激光的必备条件是什么？为什么？激光工作物质：能够实现粒子数反转，产生受激光放大激励能源：能将低能级的粒子不断抽运到高能级，补充受激辐射减少的高能级上粒子数光学谐振腔：提高光能密度，保证受激辐射大于受激吸收因为要能形成激光，首先必须使介质中的受激辐射大于受激吸收；6 光学谐振腔的基本作用是什么？ 提供光学正反馈作用 产生对振荡光束的控制作用7 光学谐振腔有几种分类？如何判断谐振腔的稳定性？对称共焦腔、共心腔各是什么类型的谐振腔？ 有四种 稳定腔条件其中R1，R2为共轴球面腔结构：两个球面反射镜的曲率半径，L为腔长。规定凹面镜的曲率半径为正，凸面镜的曲率半径为负闭腔且是稳定腔8 激光器的损耗有哪几类？这些损耗是怎么产生的？增益介质内部损耗和镜面损耗增益介质内部损耗：由于成分不均匀、粒子数密度不均匀或有缺陷（如固体激光器）而使光产生折射、散射，使部分光波偏离原来的传播方向，以及其它对光能的吸收，造成光能量损耗。镜面损耗：镜面的散射、吸收、由于光的衍射使光束扩散到反射镜面以外造成的损耗以 及由镜面上透射出去作为激光器的有用输出部分镜面损耗9 什么是增益饱和现象？均匀增宽介质和非均匀增宽介质的增益饱和有什么不同？ 当光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小，出现增益饱和现象。 小信号情况下均匀增宽介质与非均匀增宽介质的粒子数反转分布并没有太大区别，增益 系数和增益饱和的原理不同但是其表达公式并无区别在一般情况下，非均匀增宽介质的粒子数反转分布值、增益系数和增益饱和都有很大不同。激光器输出光的阈值条件是什么？增益大于等于总损耗系数10 什么是激光腔的纵模？激光器最后输出的纵模数取决于哪些因素？ 激光的纵模(轴模)：由整数q所表征的腔内纵向稳定场分布 工作原子自发辐射的荧光线宽越大，可能出现的纵模数越多。 激光器腔长越大，相邻纵模的频率间隔越小，同样的荧光谱线线宽内可以容纳的纵模数越多11 什么是激光腔的横模？横模是如何表示的？ 横模(横向X-Y面内的稳定场分布 为纵模的序数(纵向驻波波节数)，m,n (p,l)为横模的序数。 对于方形镜，m表示X方向的节线数， n表示Y方向的节线数； 对于圆形镜， p 表示径向节线数，即暗环数，l表示角向节线数，即暗直径数12 为何要对激光器的输出进行选模？横模和纵模的选择方法各有哪些？ 存在空间竞争和衍射损耗 纵模选择：短腔法 法布里-珀罗标准具法 三反射镜法。 横膜选择： 聚焦光阑法和腔内望远镜法13 什么是激光谐振腔的品质因数Q？调Q的原理是什么？Q开关有哪几种？ 谐振腔的损耗越大，Q值越小；损耗越小，Q值越大 电光调Q技术，可饱和吸收染料调Q技术 ，声光调Q技术 14 影响激光器输出光频率稳定的因素有哪些？有哪些主动稳频的方法？ 温度变化：机械振动： 内腔激光器: 外腔和半内腔激光器: 主动稳频法： 兰姆凹陷法 饱和吸收法15 为什么在激光干涉测长系统中要采用选模、稳频激光器？ 测量误差主要是有激光波长、频率不稳定引起的，这样可以减小测量误差。16 在激光干涉测长系统中采用倍频（细分）技术的目的是什么？ 提高仪器的分辨力，对干涉条纹进行细分。17 固体激光器、气体激光器、半导体激光器各采用何种泵浦方式？ 采用光泵浦激励 气体放电激励 外加激励 18 红宝石激光器的基本组成部分有哪些？简要说明其产生激光的工作过程。 工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的 19 氦氖激光器有哪几种结构形式？简要说明其产生激光的工作过程。 内腔式、外腔式和半内腔式三种20 为何四能级工作物质激光器比三能级工作物质激光器的工作效率高？ 因为四能级工作材料产生的激光普贤比三能级多，且谱线长度更长。21 激光单缝衍射测量的原理是什么？其测量灵敏度及量程范围由哪些因素决定？ 单缝衍射测量的原理：单缝衍射测量的基本公式: 当被测物体尺寸改变时，相当于狭缝尺寸改变，衍射条纹的位置也随之改变测量灵敏度由b和L、决定 量程范围由b、L22 激光脉冲测距的原理是什么？为何激光脉冲测距系统需要调Q的激光光源？ 测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射 和接收光脉冲的时间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t。 测距时用的光脉冲功率是很大的，一般其峰值功率均在一兆瓦以上，脉冲宽度在几十毫微秒以下。这样的光脉冲通常叫做“巨脉冲”。但是，一般的激光脉冲并不是巨脉冲，它的宽度较大 (约1ms左右) ，同时脉冲功率也不够大，所以不能满足测距需求。对激光器采用“调Q技术”，就可使之满足测距要求23 简述激光全息术的工作原理；全息干涉测量方法有哪几种？ 全息术不仅记录物体的散射光强，还记录了散射光的相位，能再现原物的立体图像。 单次曝光法，时间平均法，二次曝光法。附注：（1）小论文初定于第8周周一交，考试前没交小论文者取消考试资格；考试总成绩中平时成绩占30% （2）本课程考试时间为10月25日下午2：004：00，地点鉴主-102、108。其中100103班在102教室、100405班在