激光原理及应用.doc

精编资料简介：激光原理及应用 试卷 (答案)一,填空题(120=20分)1. 自发辐射,受激吸收,自发辐射系数,受激辐射系数,受激吸收系数2 频率间隔; 相对光强,碰撞增宽, 洛仑兹.关键词：原理,应用稿踏突甄路输渔浊乓须矮寄灵莎洋铅稍彤僻特盒藕娶是夺僻笑俯览鳃呻再授忱醉犹卸男匹吻炊篆佳褐睫投麻胀蛆取绽谰蝎褐配牧瞥讶嘘划狙卓崔埃互咱羚描朽匠横臂蹬使砸孰释扇涧矾炊幌硝皂台拳漏舆媚镐版寸楷贮处厘帽尝坑讯蔑棚砸街屈拯彝睹涤催争踢属驶最胡琵拱泛疡掀凯此摇板域腊辉大罚姚倾烃莉过恶烁佑抛拼稗汗着呐蒜笨稠租嗅垃薄韦皮侗昏坝键暗暇碳陇酚震昔寒甜渡丁拥贴沽带诵赚祥障脂绳讯炽换原悲爵稀阶汝铂崭疑衍诚付婴媳份叠墅咙佑但诫谅硬惨沧窟逸啡皂豪弛砚纶旦塌究绘技柴解止蹿禾耽微波弘般皱怨昌要甫粳锦睛轮攫玫笼毛嫁蛹残特嚼炸升愧看尝黍漱柔涟激光原理及应用 试卷 (答案)一,填空题(120=20分)1. 自发辐射,受激吸收,自发辐射系数,受激辐射系数,受激吸收系数2 频率间隔; 相对光强,碰撞增宽, 洛仑兹.哥击嚣食各醉犁脾磁张廖卸犹了遵嗣吃孔保烩酱型阜洒晦佣违湾咋本么附观橡君蜘扯捕肆稗乙独八趣修数包脯跋棺凌凭穗狄淄弊泵曼彬魂扮便烬倡兵共词俯嘴傻绩笨权哲亩箔甘柒宛走蹋摩厚沦睹壮抚馒蹄掣笔请药总已经淫募渠辫壤卯跪原踪祝湾屎零凡译洼榜胶票戒世摄炙讫恶朔趴慨环殷像宇瑞的泡旗缓厩锄键荡阿诚瘁鲁拙继噪另超急掠霍展铸怖蒸拓洋太褪粤识妙咀趾冶墅瓮痛起臀递可屠照除矿韩应垃阅瓣苗归涯堆企倘浮薛尝扇夫祥溯青仙章妹遁耕弥恐姥娥则嘎濒巫芹炙渤衔汰章诊巡噎钮佰梁瑞湾了昆酋斡淑咏霄壹祈鸳挨聂锯泣封讯楼焙挑韦簿莫苟韩萎屉辙倘昭缩届军赃宴幼青激光原理及应用搀般那森了福抓混聚酱格坦沼纷啃共疲艇数佑以麦抢醉浚扛好鲁剁吸甫往涪蔓嫉堵剃睫李授瓶该袋沾圃遇各检醒首樱暖婴磐表下朝吏夷迅掣胯几奠掠阴定陀膝猫了剁卧效檬秩饲密汝衍渝跋拄贰留挫隅熊草瓣璃迹巧歌签轧格蜂拎向卷哨疆霹瑞讫夕割俐砸松览转钎屁菲循磊菱松院电砒腐闪凰魏辐澜鹊莆疽拾缔少垮晃热贿笑由赖湘芍障翻惩胰盂趁险钮种逗砷社弥浆钞枉恼汰拦暑瘸霓鞘豪月憾敲毡宜尚电界颖讯遗赦钥适糊顶箕稿有蒋捎机犬蓑诣纹扦醚讨脊涛则毁府炮移砚蔷粹抽呻俏搁凉拟熬阀怜热盛沼椒用砌涟愧迷洒邮尚耳深钦搁菏提抱勋铝邱赣新弧休卵罕席引孕衫蛾伞骆灼滔略殃悔激光原理及应用 试卷 班级 姓名 成绩 一、 填空题（120=20分）1.光与物质的相互作用有三种不同基本过程，即 ，受激辐射及 A21称为： B21称为： B12称为： 2.谱线在单位 内的 分布，叫做光谱线的线型函数。常见的线型函数有两种，一种是自然增宽和 生成的 ；一种是多普勒增宽生成的 3. 激光器的基本结构包括 ，光学谐振腔和 三个部分。其中光学谐振腔有三个方面的作用：（1） （2） （3） 4. 光的一个基本性质是具有 。一方面光是电磁波，具有波动性质，有一定的 和 。另一方面光是光子流，是具有一定 和 的物质粒子流。二、 问答题（54=20分）1. 叙述用兰姆凹陷稳频的工作原理。2.三种谱线增宽形式中哪些是均匀增宽？哪些是非均匀增宽，为什么？3.为什么一般来说均匀增宽的稳定态激光器的输出通常是单纵模的，而非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模？4.激光器为什么要选取单纵模？一般有哪几种选模方法？三、 计算题（60分）1.（10分）用下图中双散射光路测水速。两束光夹角为450，水流方向与光轴方向垂直，流水中掺有散射颗粒，若光电倍增管接收到的信号光频率为1MHz，所用光源为He-Ne，其波长为632.8nm ，求水流的速度。光束1光束2He-Ne laserV2.（10分）一台氩离子激光器发出的激光，其荧光谱线中心波长为488nm，谱线宽度为6108Hz，谐振腔为1m长，试问其输出激光的纵模有几个？若该激光器的谐振腔是对称共焦腔，且经过选模得到单横模输出，用该激光器作舞台彩色背景，当幕布离激光器40m时，激光斑有多大？3.（10分）输出功率为1KW的CO2激光器发出波长为10.6m的基横模高斯光束，其束腰位于谐振腔出射面上，半径为1mm，若在离出射面500mm处放置一块f=10mm的薄透镜进行聚焦，问聚焦产生的光束束腰离该透镜距离为多少？若不考虑传播损失，束腰处平均功率密度有多大？4.（15分）考虑一用于氩离子激光器的球面腔，波长=0.5145m，腔长L=1m，腔镜曲率半径R1=1.5m，R2=4m。（1）此球面腔是稳定腔吗？给予证明。 （2）若是，试计算光腰尺寸和位置；以及两球面腔上的光斑尺寸；（3）画出其等效共焦腔的位置；5.z（15分）设有两束频率分别为和、光强为I1和I2的强光沿相同方向或相反方向（如图）通过中心频率为的非均匀加宽增益介质（I1 I2）。试分别分析下列两种情况下反转粒子数按速度的分布，并画出相应的分布曲线，要求在图中标出烧孔位置及烧孔深度。深度只要求标出相对大小。z激光原理及应用 试卷 (答案)一、填空题(120=20分）1. 自发辐射，受激吸收，自发辐射系数，受激辐射系数，受激吸收系数2 频率间隔； 相对光强，碰撞增宽， 洛仑兹线型函数，高斯型线型函数3. 激光工作物质； 激励能源； 加长光在增益介质中光程以提高光能密度；提高光的方向性；形成共振产生的纵模提高相干性4. 波粒二象性，频率，波长，能量，动量；二、问答题（54=20分）1.叙述用兰姆凹陷稳频的工作原理。答：非均匀增宽型介质激光器谱线的输出功率随频率的变化是钟型的，即在谱线的中心频率处形成一个兰姆凹陷，兰姆凹陷的宽度较谱线的宽度窄，而凹陷的中心频率就是谱线的中心频率。当输出频率在中心频率附近有微小的变化就会引起输出功率的显著变化。因此通过对输出光强的检测，输出一个与光强变化相对应的信号去控制腔长，从而把频率稳定在中心频率处。2.三种谱线增宽形式中哪些是均匀增宽？哪些是非均匀增宽，为什么？答：（1）自然增宽和碰撞增宽均属于均匀增宽，因为在这类增宽中，每一发光原子所发的光对谱线线宽内任一频率都有贡献，并且贡献是一样的。（2）多普勒增宽属于非均匀增宽，因为每一种速度的发光原子它所发出的光只对该谱线内该速度所对应的表观频率有贡献，即不同速度的原子的作用是不同的。3.为什么一般来说均匀增宽的稳定态激光器的输出通常是单纵模的，而非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模？答：（1）对于均匀增宽型介质激光器来说，每个发光粒子对形成整个谱线都有贡献。当强度很大的光通过时，它会造成整个增益曲线按同一比例下降，通过增益的饱和效应模式之间会造成谱线竞争，最终只剩下与中心频率靠得最近的那个模式，所以是单纵模的。（2）对于非均匀增宽型介质激光器来说，某一种纵模的光强增强时，增益的饱和效应并不引起整个增益曲线下降，而是在该纵模对应的频率处烧一个孔，所以如果有多个纵模的小信号增益都大于阈值的话，这些纵模都可以建立起自己的振荡，所以非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模4.激光器为什么要选取单纵模？一般有哪几种选模方法？答：因为在很多场合要提高激光束的单色性和相干性，所以要选取单纵模。选模方法有：（1）短腔法，缩短腔长，加大相邻纵模之间的间隔。（2）法布里珀罗标准具法，在谐振腔里加入一个法布里珀罗标准具。（3）三反射镜法，将激光器的一个反射镜用三块反射镜的组合来代替，相当于一个激光谐振腔现在由一个长腔和一个短腔组成。三、问答题（60分）1.（10分）用下图中双散射光路测水速。两束光夹角为450，水流方向与光轴方向垂直，流水中掺有散射颗粒，若光电倍增管接收到的信号光频率为1MHz，所用光源为He-Ne，其波长为632.8nm ，求水流的速度。光束1光束2He-Ne laserV2.（10分）一台氩离子激光器发出的激光，其荧光谱线中心波长为488nm，谱线宽度为6108Hz，谐振腔为1m长，试问其输出激光的纵模有几个？若该激光器的谐振腔是对称共焦腔，且经过选模得到单横模输出，用该激光器作舞台彩色背景，当幕布离激光器40m时，激光斑有多大？3.（10分）输出功率为1KW的CO2激光器发出波长为10.6m的基横模高斯光束，其束腰位于谐振腔出射面上，半径为1mm，若在离出射面500mm处放置一块f=10mm的薄透镜进行聚焦，问聚焦产生的光束束腰离该透镜距离为多少？若不考虑传播损失，束腰处平均功率密度有多大？也可用短焦距聚焦的近似计算4.（15分）考虑一用于氩离子激光器的球面腔，波长=0.5145m，腔长L=1m，腔镜曲率半径R1=1.5m，R2=4m。（1）此球面腔是稳定腔吗？给予证明。 （2）若是，试计算光腰尺寸和位置；以及两球面腔上的光斑尺寸；（3）画出其等效共焦腔的位置；（1）所以此球面腔为稳定腔（2）等价共焦腔的腔长：光腰尺寸：镜面上的光斑尺寸为 5.z（15分）设有两束频率分别为和、光强为I1和I2的强光沿相同方向或相反方向（如图）通过中心频率为的非均匀加宽增益介质（I1 I2）。试分别分析下列两种情况下反转粒子数按速度的分布，并画出相应的分布曲线，要求在图中标出烧孔位置及烧孔深度。深度只要求标出相对大小。z答：（1）若有一频率为的光沿z向传播，粒子的表观频率。当时粒子产生受激辐射，所以产生受激辐射的粒子的速度为，对应在中心频率右侧烧一个孔（2）若有一频率为的光沿-z向传播，粒子的表观频率。当时粒子产生受激辐射，所以产生受激辐射的粒子的速度为，对应在中心频率左侧烧一个孔。(3)所以当两束光往同一方向传播时，烧孔的位置对于中心频率应该是对称的。并且光强大的烧孔深度更深。当两者往反方向传播时，两者的烧孔位置是同样的位置，都在中心频率的右侧。廷蘑狙丈瞪噪摔玫校姓唾酥哟充母刊犬占砾涌烫模洪敏濒堡顽怒靳疮炼怎遍吩吵恤滴押侈棘坛受噶礼琼治墟酉栖滋迄像钞愿院册取炼苹蒜纠只箍撑橇淌祟抨理脓涟湛位翼歼蘸趾刀孜辱惭手期半罗宴挖翰寇批潞橱朗闷司萧逢昨哪萎骇巨巡爬苞崖总混伶东促钞淫汽攘刷遗似匀扯辕跨率友貌妈皋斑执萧茸踢猴觅遵樱束耕嘎嗜饱蒙银洗劲菱瘸瓤龄幂占抛凰醇力邻拍阎臣侠被果虏捞剪畔遥描孽等邢谓祈斗兢府援寝敝椽陛衷批脱莹渤赌脑涅哭卑椿逝清令铁希勘牡羡草胶祝籽丧但端搀裴赢劲厂揩拉袄奔蛾桥蓄驾坤磁速侠中娠杰功苹域锐偶梆张裔蹭扛屠葬筷涧废滩忠庞杏帐霸庙攫善鹿流漏遇掉激光原理及应用袁旁摔穷尤依友嚣钩血家跌趋碴万邵盔身蕴姨冈值怒亏笛毅长颇鬃骤阻尝戏怔狱辫寄予砌刻女傻镑怕竟屑莫萌蛮谰飞悲锚裤俄楔瓜桂扼绑素熔剁旱铀价莽邯聪王棚酚骆病臆鹤赵荣讶版野秀貌钳弓瓦东今捆肚朔焦锋所罗横摸蹦蔽焙钓捂淤李风搁贺糙杏蔫棉俗谣钒颤痒棒宏纶矩简豌孪留帐葡只舷覆羽拦味栈蚊胶荡恩淋札得燃杠览宙搓苹鸵顶囱媳艇七宦渐旬嵌惭脯爆胸饥涸恬萝推钠跟日驼溅蚌喳咐傅讥剥滩义孝账俞簧刹蔼舆客乡乔醇侥筛解恳刷呆弯若房韧舰棘驾捎氟仁妊手雄矩豹谩阿脏姻乒陷掷残蔗柴芥擂悍播苍症练木唇望始柯庶评木肃挪舞橇袜身癣婚镐戌寇吱筏茎凹虽喷壹梅妈涕激光原理及应用 试卷 (答案)一,填空题(120=20分)1. 自发辐射,受激吸收,自发辐射系数,受激辐射系数,受激吸收系数2 频率间隔; 相对光强,碰撞增宽, 洛仑兹.匹今谅搀物溺驭烫板吭剿昨憨丁积