2012激光原理及技术期末考试B卷答案解析

1、.WORD.格式整理.电子科技大学2010 -2011学年第_2_学期期 末 考试B卷分| 一.选择题（单选）（共20分，共10题，每题2分）1、与普通光源相比，下列哪项是激光的优势 卫。A、相干性好 B、发散角小C 、谱线窄 D 、以上都是2、 要产生激光下列哪个条件不是必需具备的 D 。A、实现集居数反转（粒子数反转）B、受激辐射跃迁C具有增益介质D、谐振腔为稳定腔3、 下列谱线加宽方式中，不属于均匀加宽的是 _B。A、自然加宽B、多普勒加宽 C、晶格振动加宽D 、碰撞加宽4、 从输出光束特性考虑，一个稳定腔等价于无穷个 _A。A.稳定腔B.临界腔 C.共焦腔 D.非稳腔5、 若激光器输出

2、为某一模式的厄米特 -高斯光束，且其两个主轴方向上的M值为5和3,则该模式可能为D。A TEM1 B、TEM C、TEM D、TEM6、 下列腔型中，肯定具有共轭像点的是C （非稳腔）。7 2 1ALAB 、L7、可以利用下列哪种损耗进行模式选择BA、腔镜不完全反射损耗B、衍射损耗C材料中的非激活吸收损耗D 、以上都不对8在振幅调制锁模激光器中，若损耗调制器紧贴腔镜放置且腔长为L,光速为c,则损耗调制信号的角频率为C2L4L9、KDP晶体横向电光调制的主要缺点为C 。A、半波电压太高B、调制带宽低C存在着自然双折射引起的相位延迟D调制频率较高时，功率损耗比较大.专业.知识.分享.10、下列性质

3、选项中，对于由受激辐射跃迁产生的光子与入射光子相同的是A、偏振方向B、频率C运动方向D、以上都是（共20分，共20空，每空2分）1、激光器采用开放式谐振腔的主要原因是减少模式数 2、 一质地均匀的材料对光的吸收系数为:，光通过长为I的该材料后，出射光强占入射光强的比例_二。在均匀泵浦的情况下，一光束通过长度为 I的该工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，该物质的增益系数为ln2/1 ： （假设光很弱，可不考虑增益或吸收的饱和效应）。3、 实现锁模需满足的相位关系是 相邻纵模相位差为常数。4、非稳腔与稳定腔相比，非稳腔 腔更容易实现大的模体积和横模鉴别能力，在稳定腔中基模与高阶模相比高阶模 具

4、有更大的模体积。5、 在非均匀加宽气体激光器中，数量最多的粒子的表观中心频率为增益介质中心频率，其运动速度为 0。6、在中心频率为V。的连续均匀加宽激光器中，若有两个频率为V1和V2的纵模在 振荡，且Vi Vo| c|v2 -V。，则最后形成稳定振荡的是频率为 Vl 的光场（不 考虑空间烧孔效应）；在相同的条件下，若增加腔长，则激光器输出的纵模数会 不变 。7、在用KDP晶体纵向电光调制系统中，波片的作用是使得通过晶体后的两偏振分量产生附加相位差为：，对应的两偏振分量的光程差为四分之一2 波长，其作用可以通过在晶体上附加电压来代替。8当进行声光调制时，通过改变超声波的功率 实现调制；当进行声光

5、偏转时，通过改变超声波的 频率 来实现偏转。9、被动锁模激光器中，由不规则的脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致分为 三个阶段，分别是 线性放大阶段，非线性吸收阶段 ，非线性放大阶段。10、二阶非线性极化产生倍频和光学参量振荡，光学相位共轭基于三阶非线性 极化。得分三、简答题（共30分）1、激光是受激辐射光。但在激光工作物质中，自发辐射、受激辐射和受激吸 收是同时存在的，试讨论使受激辐射过程占优势的条件，采取什么措施可以满 足这个条件？ （ 6分）答：（1）受激辐射相对于受激吸收占优势的条件是粒子数反转，通过泵浦可实现粒子数反转 .（3分）（2）受激辐射相对于自发辐射占优势的条件是谐振腔内只有一个

6、或少数几个 模式起振，（因为分配到一个模式的自发辐射几率等于一个光子引起的受激跃 迁几率，只要模式数足够少，受激辐射将占优势），采取的措施是建立谐振腔, 并采用适当的选模措施。 （3分）2、当高斯光束通过薄透镜时，假设透镜焦距F一定，厲为透镜变换后的远场发散角，物距I取何值时宀，取何值时40 ? （ 6分）答：根据高斯光束的性质，厲宀p 0，入：=，0分两种情况进行 讨论（1）若Ff,透镜焦距足够小，无论I取何值，均可使-0。（2分）2-0-022 2-0F 2 F -I f-1=F_.,F2_f2 : I : F F2 _ f2.（2分（2）在F f的情况下（2分）3、均匀加宽工作物质的增益

7、饱和与非均匀加宽工作物质的增益饱和的基本特征是什么？ （ 6分）答：（1）对均匀加宽工作物质，频率为i的强光入射有效地消耗了激发态度额 原子数，原子对其他频率处的贡献降低了， 使得其他频率的弱光的增益系数也 以同等程度下降，其结果是增益在整个谱线上均匀下降。 （3分）（2）对非均匀加宽工作物质，频率为 i的强光只引起表观中心频率在 “附近 的反转集居数饱和，因而在增益曲线上形成一个烧孔。 （3分）4、综合比较声光偏转和电光偏转的特点（提示：从偏转角度、驱动电压、偏转效率、对激光频率的影响等方面进行分析）（6分）答：（1）声光偏转角度大，驱动电压低，偏转效率低于电光偏转，引起激光频率偏移。 .（

8、3分）（2）电光偏转角度小，驱动电压高，偏转效率趋近于100%不影响激光频率。 .（3 分）5、试比较调Q激光器和锁模激光器产生短脉冲的工作原理的本质区别（6 分）答：（1）调Q的基本原理是通过调节谐振腔的 Q值（损耗）的方法，使腔内的 反转粒子数积累到最大，再突然提高Q值，使积累在上能级的大量粒子雪崩式 的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的短脉冲输出。 （3分）（2）锁模的基本原理是使各纵模在时间上同步，即把它们的相位相互联系起来，使之有确定的关系（咒宀二常数），各个纵模发生相干叠加，输出一个 峰值功率高、脉冲宽度窄的脉冲序列，脉冲宽度近似等于振荡线宽的倒数

9、。（3分）四、计算与问答题（30分）1、如图所示，波长为=1.06F的Nd:YAG激光器，全反射镜的曲率半径R=0.5m, 距离全反射镜a=0.15m处放置长为b=0.18的Nd:YAG奉，其折射率=1.8, 棒的右端直接镀上半反射膜作为腔的输出端。（15分）1）判别腔的稳定性；（5分）2）求Nd:YAG晶体棒输出端的光斑半径；（3分）3）在距输出端c=0.2m处放置F=0.1m薄透镜，求经透镜后的光腰半径和位置。(7 分)解答：1)等效腔长L =a b/ =0.15 0.18/1.8 =0.25m(1)(2 分)g1g2 -R2 丿 I 0.5 A 00 丿二 0.5(2)0 : glg2

10、1该腔为稳定腔。(3分)2)R=2L ，该腔为半共焦腔，束腰在平面镜位置处.5 16=29052 3.14(4 分)3): - 02上23.14290 10=0.249m1.06 10“(5)经过透镜后的光束腰斑半径f2290 10 0.1J(0.1 -0.2 f +0.249-=108m 2 (3 分)l =F(I-F ) +f2腰斑位置2(0.20.1 )7.1(3分)-0.12厂0.114m(7)(0.2 0.1 ) +0.2492、某四能级系统，其 曰为基态能级，四个能级的简并度相同。泵浦光频率与 吕、E间跃迁相对应，其跃迁几率 W =W E能级到E2能级的跃迁足够快，使 得吕能级上的

11、粒子数可忽略，且 E3到其它能级的跃迁可忽略。旦能级的寿命2 较长，Ei能级的寿命H较短，但不可忽略，因而 E能级上的粒子数密度不可忽 略，EmEi的跃迁速率为1/ 2i，总粒子数密度为n,求：（15分）1）在巳和Ei间形成集居数反转的条件（因无谐振腔，也无相应频率的光入射， 因而E2和Ei间的受激辐射和受激吸收可忽略）；（8分）2）E2和日间的反转集居数密度与 W n的关系式；（4分）3）泵浦极强时E2和Ei间的反转集居数密度。（3分）解答：1 ）稳态跃迁速率方程：理二WpFlojo （1）dt2並=22=0（2）dt - 211n 5 口 =n （3） . （5 分）由（2）式得到山二r）2（4）可21饷=n2 -m = n2 1 L （5）21 /由（5）可得E2和E