物理专业2005级本科激光原理及应用期末试题(A卷

1、物理专业2005级本科激光原理及应用期末试题（A卷）1. 激光的产生分为理论预言和激光器的诞生两个阶段？简述激光理论的创始人，理论要点和提出理论的时间。简述第一台激光诞生的时间，发明人和第一台激光器种类？答：激光理论预言是在1905年爱因斯坦提出的受激辐射理论。世界上第一台激光器是于1960年美国的梅曼研制成功的。第一台激光器是红宝石激光器。2. 激光谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽，简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线型。答：如果引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽。自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加宽类型。非均匀加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它

2、的表观中心频率相应的部分有贡献。多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。3. 举例说明，激光在医学上有什么应用？与普通医学方法相比激光医学有什么优点？答：激光在医学上许多领域有着广泛的应用，如眼科、五官科、激光手术、激光理疗、激光美容等等。与普通医学方法相比，激光诊疗具有精细准确、安全可靠、疗效好、痛苦少等优点，依其诊疗特点可分为利用汽化、切割、凝固、烧灼等方法的手术性治疗。4. 军事上的激光器主要应用那种激光器？为什么应用该种激光器？答：军事上主要用的是CO2激光器，这是因为CO2激光波长处于大气窗口，吸收少，功率大，效率高等特点。5. 全息照相是利用激光的什么特性的照相方法？全息照相与普通

3、照相相比有什么特点？答：全息照相是利用激光的相干特性的。全息照片是三维成像，记录的是物体的相位。计算题1激光器为四能级系统，已知3能级是亚稳态能级，基态泵浦上来的粒子通过无辐射跃迁到2能级，激光在3能级和2能级之间跃迁的粒子产生。1能级与基态（0能级）之间主要是无辐射跃迁。（1）在能级图上划出主要跃迁线。 （2）若2能级能量为4eV，1能级能量为2eV，求激光频率；解：（1）在图中画出 （2）根据爱因斯坦方程得2由凸面镜和凹面镜组成的球面腔，如图。凸面镜的曲率半径为2m，凹面镜的曲率半径为3m，腔长为1.5m。发光波长600nm。（1）判断此腔的稳定性；（2）求出等价共焦腔的焦距f；束腰大小w

4、0及束腰位置；（3）求出距凸面镜右侧5.125米处的束腰大小w及波面曲率半径R；解: (1) 激光腔稳定条件 此腔为稳定腔。(2) 得， f = 0. 99221mm即束腰位置距R1 右侧1.125m (3) 距凸透镜右侧5.125米处，经计算为距束腰4米处。3氦镉激光器中441.6nm这条谱线的跃迁上能级3S2寿命12.410-6秒,下能级2P4寿命22.110-9秒 (自发辐射寿命s是上下能级的平均值), 放电管气压P210帕; 碰撞系数810KHz/帕; 激光温度T = 500K; M =112; 试求:(1) 均匀线宽H;(2) 多普勒线宽D;分析在气体激光器中, 哪种线宽占优势解:

5、(1) 自然加宽: Hz 碰撞加宽:Hz 均匀加宽: Hz（2）多普勒线宽: Hz（3）根据上述结论，该激光器多普勒线宽占优势4红宝石激光器中，Cr3+粒子数密度n0= 1017/cm3, 波长=694.3nm, 自发辐射寿命s = 310-3s, 折射率 1.76。又知E2、E1能级数密度之比为4，仅考虑自然加宽效果,上下能级简并度为1。试求(1) 该激光器自发辐射系数A21;(2) 线型峰值;(3) 中心频率处小信号增益系数g0 ; (4) 中心频率处饱和增益系数g解: (1) (2) （3）中心频率处小信号增益系数 (4) 中心频率处饱和增益系数g 是小信号增益系数的一半为: 1.30781095. 一个CO2激光器输出的激光束射到透镜面上的光班半径为0.4mm，输出功率为200w (指有效截面内的功率)，透镜焦距为10mm，计算CO2激光