激光原理试卷简答题.doc

1.速率方程组说明的问题及应用情况：表征激光腔内光子数和工作物质各有关能级上的原子数随时间的变化。它只能给出激光的强度特性，而不能揭示出色散(频率牵引)效应，也不能给出与激光场的量子起伏有关的特性。对于烧孔效应、兰姆凹陷、多模竞争等，则只能给出粗略的近似描述。2.纵模和横模烧孔效应，它对激光器模式的影响答：当频率为vq的纵模形成稳定振荡时，腔内形成一个驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小。轴向各点的反转集居数密度和增益系数是不相同的，波腹处增益系数(反转集居效密度)最小，波节处增益系数(反转集居数密度)最大。这一现象称作增益的空间烧孔效应（纵模）。/如果激活粒子的空间转移很迅速，空间烧孔便无法形成。以均匀加宽为主的高气压气体激光器可获得单纵横振荡。在固体工作物质中，激活粒子被束缚在晶格上，借助粒子和晶格的能量交换完成激发态的空间转移，激发态在空间转移半个波长所需的时间远远大于激光形成所需的时间，所以空间烧孔不能消除。由于横截面上光场分布的不均匀性，还存在着横向的空间烧孔。由于横向空间烧孔的尺度较大，激活粒子的空间转移过程不能消除横向空间烧孔。不同横模的光场分布不同，它们分别使用不同空间的激活粒子，因此当激励足够强时，可能形成多横模振荡。3稳定球面腔中横模的形成过程及分布特点答：要满足谐振条件。足够多次渡越以后形成的稳态场；分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布。 稳态场经一次往返后，唯一可能的变化是，镜面上各点的场振幅按同祥的比例衰减，各点的相位发生同样大小的滞后。当两个镜面完全相同时(对称开腔)，这种稳态场分布应在腔内经单程渡越后即实现“再现”。 把开腔镜面上经一次往返能再现的稳态场分布称为自在现模或横模。TEMmnq，mn来表示横模，在腔的横截面内是均匀分布的，沿轴线方向形成驻波，波节数由q决定。方形镜共焦腔，轴对称的，厄米高斯近似，表示沿xy方向的节线数；圆形镜共焦腔，旋转对称，厄米-拉盖尔近似，mn表沿幅角和径向的节线数。4.q参数的定义及应用答;q参数可以用来分析高斯光束的传输问题；用于分析高斯光束的聚焦和准直；分析高斯光束的自再现变换。4.电光调节q开关注意的问题答：要获得一高峰值功率的窄脉冲，对同步电路的要求是： a 给出可靠的触发信号去点燃氙灯。 b在点燃氙灯的同时，给出一脉冲信号经过一段延迟时间后，退去晶体上的电压，打开Q开关。延迟时间可靠、准确、可调。c退电压要快开关速度快。 d晶体上加四分之一波长电压，要求稳定可调。 e保证Q开关关的及时。YAG 激光器开始工作时泵浦等上有高压，调制是不要碰及实验中激光器输出的光能量高、功率密度大，应避免直射到眼睛。特别是532nm 绿光。避免用手接触激光器的输出镜，晶体的镀膜面，膜片应防潮。5.简述用扫描干涉仪确定激光器输出光中纵横模的原理Da :s扫描干涉仪接受的信号连接到示波器上，拍下示波器上的纵横模分布图。根据干涉序个数和频谱的周期性，确定哪些模式属于同一个干涉序。在同一个干涉序内，根据纵模的定义，测出纵模频率间隔确定示波器荧光屏上频率增加的方向，一遍确定同一个纵模序数内哪些模是基横模，哪些是高阶横模。测出不同横模的频率间隔观察激光器在远处屏上的光斑形状，辨认出每个横模的序数，即mn。6.简述Nd：YAG激光器的结构和输出特性答; Nd：YAG激光器以Nd:YAG晶体为工作物质，它属四能级系统，并具有量子效率高、受激辐射面大的优点。其阈值非常小，而且钇铝石榴石晶体还具有较高的热导率，易于散热，因此Nd：YAG激光器不仅可以单次脉冲运转，出功率已超过1000W，每秒5000次重复频率的输出峰值功率已达千瓦以上，每秒几十次还可以高重复率或者联系运转。目前，Nd：YAG激光器的最大输重复频率的调Q激光器的峰值功率可达几百瓦.。Nd：YAG激光器的应用非常广泛，它主要用在加工方面，用于打孔、切割、划片、焊接、阻值微调、打标和表面改性等。7.Ne激光器的结构和输出特性答：He-Ne激光器的基本结构由激光管和电源两部分组成,其中,激光管主要包括放电管、电极和谐振腔三部分,放电管是He-Ne激光器的核心。放电管通常由毛细管和储气室构成。当在电极上施加高压后,毛细管中的气体开始放电,使氖原子产生粒子数反转。按照谐振腔与放电管的放置方式不同,可分为内腔式、外腔式和半内腔式 特点： He-Ne激光器输出连续光,主要工作波段在可见光到近红外区域,其中,最常用的工作波长为632.8nm(红光),其次是1.15m和3.39m以及1.52m、543.5nm等。He-Ne激光器输出光束质量很高,表现为单色性好(20Hz)和方向性好(Q1mrad)。由于增益低,输出功率一般为毫瓦量级(0.5100mW)。器件结构简单,造价低廉。应用：He-Ne激光器广泛应用于准直、精密计量、信息处理、医疗、照排印刷等领域8 co2激光器答 CO2激光器的输出特性有两个显著的特点:其一是输出功率或能量相当大,能量转换效率高。 CO2 激光器连续输出功率可达数十万瓦,是所有激光器中连续输出功率最高的器件;脉冲输出能量可达数万焦,脉宽可压缩到纳秒量级,脉冲功率密度可达太瓦量级。 其二是输出波长分布在918m波段,已观察到的激光谱线二百多条。 其中,911m红外波段中最重要的输出波长10.6m处于大气传输的窗口,有利于激光测距、激光制导、大气通信等方面的应用,且该波长对人眼安全。 9.红宝石激光器答：从应用观点看,红宝石激光器输出可见光极具吸引力,一是因为光电探测器件的响应波长大多位于可见光区,而大多数稀土元素四能级系统固体激光器工作波长则位于近红外区域,二是对于全息照相等应用,需要使用可见光作为光源。 缺点:能级结构属三能级系统,器件阈值高;晶体性能随温度变化明显,室温下不适于做连续和高重频器件。10.钛宝石激光器答：激活离子为三价钛离子(Ti3+)，激光波长在660nm1.1m叫范围内连续可调，峰值波长在800nm附近，是目前调谐范围最宽的激光器之一。钛宝石激光器的激光上能级寿命较短，只有3.2s，用灯泵较困难，通常用氩离子激光、Nd:YAG倍频激光泵浦。采用自锁模技术，钦宝石激光器可直接输出脉宽短至6.5fs的激光脉冲，这是所有激光器中从谐振腔直接输出的最窄激光脉冲。调谐范围最宽和锁模脉宽最窄两大特点使得钛宝石激光器成为目前最重要的激光器之一11.N2激光器答：氮分子激光器是一种重要的近紫外相干光源。它的输出峰值功率高（Peak power_45 kW ），脉冲持续时间短（3.5 ns），而且结构简单，制造容易，因此受到人们的广泛重视。它可以作为有机染料激光器的泵浦光源，可以获得从近红外到近紫外的连续可调激光输出，是激光喇曼光谱仪的一种理想光源。此外，氮激光器在激光分离同位素、荧光诊断、超高速摄影、污染检测以及医疗卫生、农业育种等方面也得到广泛应用。由于其短波长更易聚焦得到小光斑，因此被用于加工亚微米量级的元件了，例如光掩模、复杂的集成电路、薄膜电阻的生产。12.影响模式的因素答：不同的激光器结构输出模式不同；自发辐射使得谱线加宽，烧孔效应、模式竞争等会使得多纵模输出；不稳定因素的影响使得频率漂移；振荡线宽与纵模间隔之间的关系，纵模间隔大于振荡线宽，可单模输出8谐振腔与激光模式之间的关系，由谐振腔结构确定激光模式的常用方法。答：腔的模式:光学谐振腔内可能存在的电磁场的本征态称。场的每一个本征态将具有一定的振荡频率和一定的空间分布。腔与模的关系： 腔内电磁场的本征态应由麦克斯韦方程组及腔的边界条件决定。不同类型和结构的谐振腔的模式各不相同。不管是