激光原理考试

1、激光原理考试作者:日期:#(A) 1.5 108 HZ(B) 2 108HZ课程名称:广东工业大学考试试卷(A)激光原理与技术试卷满分100分考试时间：2007年6月18日(第16周 星期 一)一、选择题(每题3分，共1.世界上第一台激光器是(A)氦氖激光器.(C)钕玻璃激光器.(E)砷化傢结型激光器.30分)()(B)二氧化碳激光器.(D)红宝石激光器.2.按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们 所产生的光的特点是：()(A) 两个原子自发辐射的同频率的光是相干的， 不相干的.(B) 两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的， 是相干的.(C) 两个原子自发辐射的同

2、频率的光是不相干的， 是不相干的.(D) 两个原子自发辐射的同频率的光是相干的， 相干的.原子受激辐射的光与入射光是原子受激辐射的光与入射光原子受激辐射的光与入射光原子受激辐射的光与入射光是53.氦-氖激光器属于典型的(A)二能级(B)三能级)系统(C)四能级(D)多能级4.5.体积V 1cm3，线宽12(A)2 10(B)多普勒加宽发生在(10nm，10104)介质中中心波长60nm，模式数目为(C) 2 1020(D)4 10206.半共心腔在稳定图上的坐标为(A) (-1, -1)( B)(0, 0)(A )瑞利-金斯公式(C)普朗克公式d )(C)( 1, 1)(D)(0, 1)7.对

3、于均匀增宽介质，中心频率处小信号增益系数为 G(v0)，当 饱和显著，非小信号中心频率增益系数为：(C )1 1(A)G0(V0)(B)V2G0(v0)(C)2G(V0)(D)尹认)&.一平凹腔，其凹面镜的半径R等于腔长L,它是(b )(A)稳定腔 (B)临界腔(C)非稳腔9.能够完善解释黑体辐射实验曲线的是(C ) (B )维恩公式(D)爱因斯坦公式10.腔长为0.5米，卩=1.5,纵模间隔为b(D) 4 108HZR1= 4L,求另一面镜的曲率半径取值范围（C） 3 108 HZ二、填空题（共20分）1.稳定腔的一块反射镜的曲率半径。（5 分）2.共焦腔（对称儿=0.40m,入=0. 63

4、28 m,束腰半径W0 0.2mm，离腰56cm处的光束有效截面半径为 。（5分）3.下图是红宝石的能级结构和跃迁示意图。请说明图中以下符号的意义,2分，共10分）132W13A211 1W21E2E3EiW2i0.01mm-1、光通过10cm长的该a1 t1W13E2E1 A21三、计算题（共40分） （12分）（1） 一质地均匀的材料对光的吸收为 材料后，出射光强为入射光强的百分之几？ （2）光束通过长度为1m的均匀激活的 工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。P（v）彳 At1ls（2LGDt（v）2 1 （14分）试从2a1 t1式出发，证明用最佳透射率表示的非

5、均匀增宽激光器的最佳输出功率为：AItmm S（a tm） （14分）考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔，波长入=0.5145 m,腔长 L = 1m,腔镜曲率半径R1=1.5m, R2=4m。试计算光腰尺寸和位置及焦参数。四、简答题（10分）1连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？为什 么？广东工业大学试卷参考答案及评分标准 （）课程名称:激光原理与技术7考试时间：2007 年6月18日（第16周星期一）单项选择题（每题3分，共30分）1 ( D )、2 (B )、3 ( C )、4 ( C )、5 (6 ( D )、7 (C )、 8 ( B )、 9 ( C )、1

6、0 ( B )二、填空题（20分）1.R2 L 或 R23L(5 分)0.6mm(5 分)3 .（每空2分，共10分）受激吸收几率（激励几率）受激发射几率激光上能级、基态能级，又是激光下能级,也是抽运能级、自发发射几率三、解:计算题（共40 分）（1） （12 分） l(z)I(0)e Az(2 分)分）I(z) /. I (0)e 0.011000.368(3 分)(2) I(z)I (0)eGz(2 分)I(z)I(0)(2亠 得 G In 2 0.693m 1（3 分）2. (14 分)P( ) -AMs2LGD()证明：由aiti21，等式两边对t求导，并令其为零(3 分)HAs(竽)

7、2a t11 Atl s22 s2LGt (a气0(3 分)整理上式可得:4L2G2(at)(at)3(2LG)2(a t)3a t（3分）式中（2分）最佳透射率tm ，最佳输出功率Pmtmls(半)22a tm1 At I (a tm)7(a2 m s (a tm)21tm)1(3 分)3( 14 分)解：（1）束腰半径(3 分)(2分)AIs丄 a t m0 ()2L(R L)(R2 L)(R(R R2 2L)26 10.5145 10 6) 21.5 4.5.7()3.52 0.348666mm|Z1束腰位置L(R2 L)(R1 R22L)33.5Z2L |zJ 1R211（3）两镜面上

8、的光斑尺寸分别为：疋R2（R2 L）s1L)(R1 R2v帀(0.5145 10 6 0.532596mm(3 分)s2H IJL(r2；0.5145 10 6V0.355064mm1rL)(R1 R2 L)严0.5卡3 4.5 R；(Ri L)(3 分)(4)焦参数JL(R L)(R2L)(R R2 L)RiR2 2L(3 分)Jo.5 3 4.53.55.2 m72.63.5四、简答题（1 .（2分） 因为连续激光器稳定时增益系数为10分）答不G01 2I/IsG0为小信号增益系数，I为腔内光强，Is为饱和光强。 （3分）因此，当满足阈值条件以后，当外界的泵浦功率增加时，腔内光强增加，引起

9、增益饱和作用，则增益下降。（2分）在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，不会随泵浦功率的提高而增加。（3 分）广东工业大学考试试卷（B ）课程名称:激光原理及应用考试时间：第18 周星期五（2007 年1月5日）题号-一-二二三四五、.八七八九十总分得分评分人自发辐射几率是受激辐射几率的（）倍B一单项选择（30分）1 .在一定温度下，8 V3（A） rc(B)啤c(C)8 hv3 c(D)8 V23 c2.粒子数反转分布状态微观粒子满足（A）费米分布（B）高斯分布（C）D玻尔兹曼分布负温度分布3 碰撞增宽谱线为（C ）（A）高斯线型（B ）抛物线型 （C）洛仑兹线型双曲线型4. CO2

10、谱线的多普勒增宽为53MHz , （A ）中心频率所对应的谱线函数极大值为-8-8(A) 1.7 10 s (B) 1.7 108Hz (C) 1.7 10Hz(D) 1.7 108 Hz5.平行平面腔在稳定图上的坐标为（A） （-1, -1）（ B）（0, 0）C )(C) (1,1)(0,1)6谐振腔的纵模共振频率为（(A) Vq q 九(B) Vq(C)Vq(D)Vq7 对称共焦腔基模光腰为（8. 对同一种介质，小信号增益系数随（A）谱线宽度 （B）激发功率 （C）B ）变化 粒子数密度（D）自发辐射几率9. 调Q激光器通常可获得（C ）量级短脉冲(A) ms (B) 口 s (C) n

11、s(D) fs10. 红宝石激光器是典型的（A）二能级 （B）三能级B ）系统（C）四能级（D）多能级二.填空（20分）1 激光束的基本特性是。（4 分）2. 光和物质相互作用产生受激辐射时，辐射光和照射光具有完全相同的特性, 这些特性是指分）3 激光腔振荡模的特征是4. He-Ne激光器是典型的四能级系统，有三条主要激光谱线，其激光谱线及波 长分别为5.若光束通过1m长的激光介质以后，光强增大了一倍，此介质的增益系数G为(2 分)三、计算题（44分）1. （ 8分）静止氖原子3S22P4谱线中心波长为0.6328 m，求当它以0.1c速13度向观察者运动时，中心波长变为多大?2. （8分）腔

12、长为0. 5m的氩离子激光器，发射中心频率0 = 5.85 l014Hz，荧光线宽 =6 108 Hz,问它可能存在几个纵模？相应的q值为多少？（设=1）3. （20分）某激光器0.9 m采用平凹腔，腔长 L= 1m凹面镜曲率半径 R=2m 求：（1）它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置。（2）它产生的基模高斯光束的焦参数。（3）它产生的基模高斯光束的远场发散角。4, （8分）He-Ne激光器辐射6328?光波，其方形镜对称共焦腔，腔长L = 0.2m。腔内同时存在TEM 00, TEMii , TEM22横模。若在腔内接近镜面处加小孔光阑选 取横模，试问:（1）如只使TEM 00模振荡，

13、光阑孔径应多大?（2）如同时使TEM 00 , TEM11模振荡而抑制TEM 22振荡，光阑孔径应多大?四.论述题（6分）1. （6分）试述调Q激光器原理。激光原理及应用（B）卷答案及评分标准:211.2.3.4.（30 分）BDCACAABCB.（20 分）方向性好、单色性好、相干性好、高亮度 相位、频率、偏振态、 传播方向。模的电磁场理论（横截 面内的场的分布） 模的简谐频率模在腔内往返一次经受的相对功率损耗每一个模的激光束的发 散角3S 2P0.6328（4分）（4 分）（1分）（1分）（1分）（1分）（2 分）3S3P3.395.G= ln2 m-1三（44分）1 （8 分）解：由多谱

14、勒效应：v v 1v 1vVoCCC 10v0C00.6328 10 62S 2P1.151.1vCvC00.57532. （8 分）解:3 1082 1 0.56 1083 108（2 分）（2 分） （2分）（两者相互接近时，即相向时,10 6m108Hz ,则可能存在的纵模数有三个，它们对应的 q值分别为:qc2 L51.95 1063 108q+ 1=1950001,q- 1 = 19499993 （ 20 分）解：（1）它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置。f2 L R1 L R2L R1R2 L2L R1L R2L（R1 L）（4分（4分（2 分）（2 分）（4 分）（3 分）

15、代入各数值得：f = 1cm 又 R= 2m= 2L可见此平凹腔为半共焦腔（1 分）（2 分）腰斑半径为:03 5.35 10 3cm3.14（3 分）设平面镜距腰斑位置为Zi ,凹面镜距腰斑位置为Z2，则L R2 LZ1L R1L R2L R1 LL_RZ2121C0 1 1 21（1）,1m1 1 2（4 分）L R1可见腰斑位置z=0刚好在平面镜处。（2）它产生的基模高斯光束的焦参数。其产生的基模高斯光束的焦参数即为产生高斯光束的共焦腔焦参数, 即 f = 1cm分）（1 分）（1（3）它产生的基模高斯光束的远场发散角: 4 （8 分）解：（1）TEMoo模在镜面处的光斑半径为fTjo.

16、6328 10 6 0.2 c cc彳一”0.20mm（4 分）（4 分）所以光阑孔径应该为0.2mm （2）TEM 11模在镜面处的光斑半径为v2m 1 s V3 0.20.35mm所以光阑孔径为0.35mm 四.（6分）1 （6 分）上能级不断积累大量粒子。（3分）答：初始时腔的Q值很低，使腔内的损耗变大， 当在一定的外界激发功率下，上能级上的粒子数积累到最大值，突然使谐振腔的Q值变高，这时激光器的阈值突然降低，聚集在上能级上 的粒子立即以极高的速度以雪崩的方式跃迁到低能级上，在瞬间形成极高的光脉 冲峰值功率。（3分）1.2.3.课程名称:广东工业大学考试试卷(B)激光原理与技术试卷满分1

17、00分考试时间：2007年6月18日(第16周 星期 一)单项选择题(每题3分，共30分)原子受激辐射的光与外来引起受激辐射的光具有相同的 频率、发散角、量子状态、偏振、传播方向(A)(B)(C)(D).在激光器中利用光学谐振腔(c )(A) 可提高激光束的方向性，而不能提高激光束的单色性.(B) 可提高激光束的单色性，而不能提高激光束的方向性.(C) 可同时提高激光束的方向性和单色性.(D)既不能提高激光束的方向性也不能提高其单色性.自然加宽是由于(a)引起(A)激发态有一定的寿命(C)多普勒效应(B)(D)粒子的碰撞 粒子的振动4.多普勒加宽宽度可表示为(b)1Vd7.16 107()2V

18、0(A)TVd 7.16 10 7(工)V0(C)mol5. 平凹腔，其凹面镜的半径R小于腔长6. 对称共心腔在稳定图上的坐标为(A) (-1, -1)( B)(0, 0)VdVd(D)L,它是( a )(C) (1, 1)7.167.167 T ?107()2V0mol1O7J)2V0mol(0,1)7.在方型对称情形，TEM11对应的花样(b)(B)(D)增益系数随光强增加而减少 增益系数等于阈值增益系数&在连续运转激光器稳定状态(d(A)增益系数随泵浦功率增加(C)小信号增益系数随光强增加9. 设均匀增宽型介质的小讯号增益曲线的宽度为V,当丨Is时的稳定工作时讯号(A) V (B) 3

19、Av(C) 42 v (D)2 VI N2, N 为：(b )10. 锁模激光器输出脉冲功率（A） 脉冲数目 （B）纵模数目 （C）横模数目 （D）能级数目二、填空题（共20 分）1.要制作一个腔长L = 60cm的对称稳定腔，反射镜的曲率半径取值范围R（5 分）2.连续工作的CO2激光器输出功率为50W（有效截面内的功率），聚焦后的基模.(5 分)有效截面直径2w = 50 m,每平方厘米平均功率为3 请完成下面的表格（每格 2 分，共 10 分）激光器名称工作物质粒子工作物质形态激光谱线波长能级系统 类型激励方式红宝石固态6943A三能级系统He-NeNe原子能量的共振转移三、计算题（40

20、 分）1 . （12分）He Ne激光器的中心频率0 = 4.74x 1014Hz，荧光线宽f =1.5 I09Hz。今腔长L = lm，问可能输出的纵模数为若干？为获得单纵模输出， 腔长最长为多少？2. （14分）（1）试求出方形镜对称共焦腔镜面上TEM 03模的节线位置的表达式（腔 长L、光波波长、方形镜边长a）（2）这些节线是否等间距？3. （14分）某谐振腔的几何参数分别是L 1m、R 3m及R 2m（1）这是哪一类型谐振腔？（2）试求其等价对称共焦腔的参数（f RR2l ）.（3）请在同一个图上给出该谐振腔与其等价对称共焦腔的相对位置四、简答题（10 分）1，稳定球面腔激光器工作物质横向尺寸增大是否会增加输出光束的光斑半径? 为什么？广东工业大学试卷参考答案及评分标准 （B）课程名称:激光原理与技术考试时间：2007 年6月18日（第16周星期一）单项选择题（每题3分，共30分）、2 （ C）、3 （ A）、4 （ B）、5（ C）、7 （ B）、8（ D）、9（ C）、10 （ B二、填空题（20 分）1.30cm（5 分）2522.546 106W/cm2（5 分）3 .（每格2分，共10分）Cr3光泵浦气体6328A四能级系统三、计算题（40分）1.（12 分）解:：因为激光器的纵模间隔为c 3 1088q 1.