200952382931457激光原理试题

1、激光原理及应用期末试题（A卷答案）一、简答题1. 激光器的基本结构包括三个部分，简述这三个部分 答：激光工作物质、激励能源（泵浦）和光学谐振腔；2. 物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁，简述这两种跃迁的区别。答：粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁，辐射跃迁必须满足跃迁定则；非辐射跃迁表示在 不同的能级之间跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给他的能量。3. 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

2、型。非均匀加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它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。4. 简述均匀加宽的模式竞争答：在均匀加宽的激光器中，开始时几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争， 结果总是靠近中心频率的一个纵模获胜，形成稳定的振荡，其他的纵模都被抑制而熄灭。这种情况叫模式竞争。5. 工业上的激光器主要有哪些应用？为什么要用激光器？答：焊接、切割、打孔、表面处理等等。工业上应用激光器主要将激光做热源，利用激 光的方向性好，能量集中的特点。6. 说出三种气体激光器的名称，并指出每一种激光器发出典型光的波长和颜色。答：He-Ne激光器，632.8nm

3、（红光），Ar+激光器，514.5nm （绿光），C02激光器，10.6 g （红外）、证明题：（每题6分，共18 分）1.证明：由黑体辐射普朗克公式7. 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。1eKT -1导出爱因斯坦基本关系式:A21B21三、计算题1 由两个凹面镜组成的球面腔，如图。凹面镜的曲率半径分别为2m、3m,腔长为1m。发光波长600nm。（1）求出等价共焦腔的焦距 f;束腰大小W0及束腰位置；（2） 求出距左侧凹面镜向右 3.333米处的束腰大小w及波面曲率半径R;

4、解：（0）激光腔稳定条件LR21 i=(1飞)(1飞)2 31=3此腔为稳定腔。(1)f2R-L)R2-LXR+R；-L)(2-W(3-W(2；3-行25(L尺)+ 卩R2)2得，f = 1.06066胡mZi 二L (R2 L )L R|j 亠 1LR213-11-21-3二-0.667 m即束腰位置距R1左侧0.667m处距左侧凹面镜向右3.333米处，经计算为距束腰4米处R z 二 f4=111117m = 4.25m443.氦氖激光器中Ne20能级2S2-2P4的谱线为1.1523。这条谱线的自发辐射几率A为6.54X106s-1秒，放电管气压PP60帕；碰撞系数a勺00KHz/帕；激

5、光温度T = 400K; M =112;试求：(1)均匀线宽Avh;(2)多普勒线宽Av;分析在气体激光器中，哪种线宽占优势1 A6 54工106d解：(1)自然加宽：n - = -1.0408 106 Hz2兀1 s 2 兀2 x H碰撞加宽：八 lP=700 103 260 = 1.820 108Hz均匀加宽：= N “ L =1.0408 106 1.820 108 =1.830 IQFHz(2)多普勒线宽:1. ： D =7.16 10 七 0 i T 2D0 M173 108400 2= 7.16 1061.1523汇10工 112 丿= 3.52 281 108Hz(3)根据上述结

6、论，该激光器多普勒线宽占优势4.红宝石激光器中，Cr3+粒子数密度差An = 6X1016/cm3,波长入=694.3nm,自发辐射寿命t= 3X10-3s,折射率n勺.76。仅考虑自然加宽效果，上下能级简并度为1。试求 该激光器自发辐射系数A21；线型峰值g 0 ;(3)中心频率处小信号增益系数g0 ;中心频率处饱和增益系数g解：(1)A114A213 SS 3 10.2Qg 5 二二厂1210(3)中心频率处小信号增益系数8 239 20u2a211663 1010694.3 103g0；%1016 106212 108皿v0H8 28 -33 101.769= 2.6155 10中心频率处饱和增益系数g是小信号增益系数的一半为：1.3078X1095. 一束Ar+高斯激光束，束腰半径为0.41mm ,束腰位置恰好在凸透镜前表面上，激光输出功率为400w (指有效截面内的功率)，透镜焦距为10mm，计算Ar+激光束经透镜聚焦后, 焦点处光斑有效截面内的平均功率密度。(Ar+激光波长514.5nm)解：透镜前的q1参数为q*i = if = i3 223.14159260.41 10514.5 101.0264i : i2应用ABCD定理求出q2,Aq Bq2 Cq2 D二 0.00010.0110 i 1束腰