哈工大激光原理考研试题

1、哈尔滨工业大学二OO年硕士研究生入学考试试题考试科目： 激光原理报考专业： 物理电子学考试科目代码：817 是否允许使用计算器：是考生注意：答案务必写在答题纸上，并标明题号。答在试题上无效。题号-一一-二二-三四五六七总分分数40402015101015150分物理常数：真空中光速c=3x 108m/s普朗克常数 h=6.626x 10-34j?s电子电荷 e=1.6x 10-19c玻耳兹曼常数k=1.38 X0-23 J/K一填空(每空2分，共40分，按(1)、(2)(20)顺序写在答题纸上)1 频率为v温度为T的黑体辐射光源的光子简并度n= (1)，模密度nv= (2)2. 红宝石激光器常

2、用的发射波长为nm ,其激光形成过程包括：Cr3+的受激吸收、 (4)、粒子数反转状态的形成、(5)、受激发射、在谐振腔的作用下产生激光。3增益饱和的物理机制为：当激光腔内光强I v增加时，由于强烈的受激发射导致 减小，致使增益系数下降。均匀加宽工作物质的增益饱和为增益曲线(7);非均匀加宽工作物质的增益饱和为增益曲线(8)。4若某激光器的损耗系数为0.1cm-1，贝U达到激光振荡的阈值条件时增益系数G二(9) cm-1;当四能级系统的受激发射截面为 5X10-15cm2时，激光上能级粒子数密度阈值 n3t(10) cm-3。5无源腔损耗描述参数中，光子的平均寿命T r与平均单程损耗因子S 的

3、关系式为：(11)，品质因数(Q值)与光子的平均寿命T R的关系式为：(12)6. 某高斯光束焦参数为f=1m，将焦距F=1m的凸透镜置于其腰右方l=2m处，计算 经透镜变换后的像光束的焦参数f为(13)及其腰距透镜的距离I为(14)。7. 任意一个共焦球面腔与(15)个稳定球面腔等价；任一满足稳定性条件的球面腔(16)等价于某一个共焦腔。8. 选横模的物理基础是：不同横模的(17)损耗不同，高阶横模比基模损耗(18)，以此来抑制高阶横模，而只保留 TEM 00模。9. 激光工作物质的净增益线宽内包含有 (2N+1)个纵模，假设各个纵模振幅均相等为 Eo,如果锁模输出，其两个主脉冲(极大值)之

4、间的时间间隔为 (19)，锁模脉冲 宽度为(20)。二.简要回答下列问题(每题4分，共40分)1. 原子的受激发射概念、受激发射系数和受激发射几率之间的关系式。2. 什么是激光？与荧光光源相比激光有哪些特性？3. 三能级系统的缺点。4. 激光为什么具有很好的单色性？5. 原子谱线非均匀加宽的特点、类型和线型。6. 均匀加宽激光器中模的竞争概念。7. 简述描述高斯光束的(f，z)参数、(3，R)参数、q参数之间的关系8. 简述激光行波放大器设计中要重点考虑的几个问题。9 .声光调Q工作原理。10. 什么是饱和吸收稳频。光泵浦的四能级系统的跃迁如图所示。已知激发速率W14为1 X108S-1，能级

5、的平均寿命T2为0.1无辐射跃迁S21为激发速率W14的5倍，激光上下能级的统计权重相等；激光上能级的粒子数密度是激光下能级的2倍，腔内只存在一个I振荡模，考虑光的损耗。(20分)(1) 根据能级图列出完整的速率方程组；(2) 计算受激发射几率W32和受激吸收几率W23的大小；(3) 各能级总粒子数密度为8X1015cm-3,根据1A321卜 1rES43>>W14假设E4能级上粒子数密度为0,计算反转粒子数密度四.已知CO2激光器的波长为10.6呵，已知CO2的分子量为44,气体的温度为704K， 激光上下能级统计权重相等。(15分)(1) 热平衡状态下，激光上能级的粒子数为 n3,激光下能级的粒子数为n2,计算In n3 值；(2) 计算谱线的非均匀加宽？V;(3) 如果自然加宽谱线宽度为 2MHz，碰撞加宽谱线宽度为5MHz，试判断该激 光器是否可能采用兰姆凹陷稳频，并说明理由。五.试推导出近轴光线在对称共焦腔中往返两次的光线传播矩阵，并分析其稳定性(10 分)六画图说明什么是虚共焦非稳腔；求出其共轭像点，并说明其自再 现波形特点。（10分）七.设高斯光束的共焦参数为f，在