激及应用试卷

1、物理团学学风建设部激( 2007年1及应用月 5日)时间: 第 18周五一单项选择（30分）1自发辐射系数与激发态 E2平均 的关系为（ B）2系数 A21和 B21之间的关系为（C）3自然增宽谱线为（C）（A）线型 （B）抛物线型 （C） 洛仑兹线型 （D）双曲线型4对称共焦腔在稳定图上的坐标为（ B ）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）5阈值条件是形成激光的（C）（A）充分条件 （B）必要条件 （C）充分必要条件（D）不确定6谐振腔的纵模间隔为（ B）7对称共焦腔基模的远场发散角为（ C）8谐振腔的品质因数 Q 衡量腔的（ C）（A）质量优劣（B）

2、稳定性（C） 储存信号的能力（D）性9锁模激光器通常可获得（ A）量级短脉冲10YAG 激光器是典型的（C）系统（A）二能级 （B）三能级 （C） 四能级 （D）多能级二填空（20分）1.任何一个共焦腔与等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。(4分)2 .光子简并度处于、 物理团学学风建设部 、。（4分）3激光器的基本结构包括三部分，即、 和。（3分）4影响腔内电磁场能量分布的因素有、 、。（3分）5有一个谐振腔，腔长 L=1m，在1500MH的范围内所包含的纵模个数为 个。（2分）6目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是、 和

3、。（4分）三、计算题（ 42分）1（8分）求 He-Ne 激光的阈值反转粒子数密度。已知 6328Å，1/f(n)109Hz，1，98.33， 107s，腔长 L0.1m。设总损耗率为，相当于每一反射镜的等效反射率 RlL2（12分）稳定双凹球面腔腔长 L1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为 R11.5m,R23m 求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。3（12分）从镜面上的光斑大小来分析，当它超过镜子的线度时，这样的横模就不可能存在。试估算在 L30cm, 2a=0.2cm 的 He-Ne 激光方形镜共焦腔中所可能出现的最高阶横模的阶次是多大？44（10分）某光束的腰斑半径光波长。

4、求与腰斑相距 z=30cm 处的光斑及等相位面曲率半径。四、论述题（8分）1（8 分）试画图并文字叙述模式竞争过程物理团学学风建设部激 及应用（A）卷 及评分标准：一、（30 分）BCCBCBCCAC二、（20 分）1. .无穷多个稳定球面腔(2 分) 唯一(2 分)2. 处于一个光子态的平均光子数(1 分) 处于同一模式的光子数(1 分) 相干体积内偏振一样的光子数 (1 分) 处于同一 中的偏振一样的光子数 (1 分)3. 工作物质、激励能源、光学谐振腔 （3 分）4. 激活介质的光放大作用(1 分)腔镜反射全介质吸收(1 分)衍射损耗(1 分)510（2 分）6. 固体激光器、气体激光器

5、、液体激光器、半导体激光器 （4 分）三（42 分）1（8 分）Dn阈(8p=(8p=解 ；042（12 分）解：假设所要求的等价共焦腔的共焦参数为 f，以等价共焦腔中点为 z 坐标的原点，M1，M2 两镜的 z 坐标为 z1 和 z2，有z =L(R2 - L)1(L - R ) + (L - R )12- L(R - L)z2 = (1L - R1 )+ (L - R2 )f 2 = L(R1 - L)(R2 - L)(R1 + R(L - R1 )+ (L - R2 )代入数值 L1m, R11.5m,R23m 得：物理团学学风建设部ì z = - 4ï 15

6、9;1í z2 = 5 ïï f =14ïî5（3 分）L¢ = 2 f = 2 14等价共焦腔腔长5（1 分）位置如上图所示。（4 分）3（12 分）解：高阶模沿 x,y 方向的光斑半径分别为wms =2m +1w0 swns =2n +1w0 s（2 分）基模光斑半径：w=Ll = 2.46 ´10-2 cm0sp（3 分）横模存在时，要求满足wms =2m + 1w0s < a（2 分）éæ a ö2ùm < êç÷ -1ú2

7、= 7.7即：êëè w0s øúû（2 分）即m £ 7 ，同理有： n £ 7故可能出现的最高阶横模的阶次是 7。（3 分）4（10 分）解：光斑半径:30 ´ 0.6328 ´10-43.14物理团学学风建设部æ lz ö2w(z) = w0 1+ ç pw2 ÷(3分）è0 øæ10.6 ´10-3 ´ 300 ö2= 1.14 ´ 1+ ç3.14 ´1.1

8、42÷èø= 1.45mm(2分）等相位面曲率半径:æ pw2 ö2R(z) = z1+ ç l 0 ÷ (3分）èz øæ3.14 ´1.142ö2= 301+ ç÷ è 10.6 ´10-3 ´ 300 ø= 79.4cm（2分）四、论述题（8 分）1（8 分）答：图中 q-1，q-2，+1，q+25 个纵模满足阈值条件，随着外界激发的增强，则纵模的光强增长，但是，光强增加时，引起增益饱和作用，增益频率下降，曲线

9、变扁，使曲线 1 变为曲线 2，q-2， q+2 满足阈值。（1 分）光强继续增加时，曲线 2 变为曲线 3，使 q-2， q+2 的增益小于阈值，不再振荡，而 q-1， q+1 满足阈值。（1 分）光强继续增加时，曲线 3 变为曲线 4，使 q-1， q+1 的增益小于阈值， 不再振荡，则只剩下 q 模满足阈值条件获得输出。这种通过增益饱和效应， 靠近谱线中心频率的纵模逐渐把其他纵模抑制掉的过程就是模式竞争。（3 分）物理团学学风建设部工业大学试卷 (B)激及应用课程名称:时间: 第 18周五( 2007年1 月5日)一单项选择（30分）1在一定温度下，自发辐射几率是受激辐射几率的（B）倍2

10、粒子数反转分布状态微观粒子满足（D）（A）分布（B）分布（C） 玻尔兹曼分布（D）负温度分布3碰撞增宽谱线为（C）（A）线型 （B）抛物线型 （C） 洛仑兹线型 （D）双曲线型4CO2谱线的增宽为53MHz，中心频率所对应的谱线函数极大值为（A）5平行平面腔在稳定图上的坐标为（ C）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）6谐振腔的纵模共振频率为（ A）7对称共焦腔基模光腰为（ A）8对同一种介质，小信号增益系数随（B）变化（A）谱线宽度 （B）激发功率 （C）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10红宝石激光器是典型的（

11、B）系统（A）二能级 （B）三能级 （C） 四能级 （D）多能级二. 填空（20分）1激光束的基本特性是、 物理团学学风建设部 、。（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、和。（4分）3激光腔振荡模的特征是、 、。（4分）4He-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、 。（6分）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）静止氖原子心波长变为多大？谱线中心波长为，求当它以0.1c 速度向观察者运动时，中2（8分）腔长为0.5m 的氩

12、离子激光器，发射中心频率 5.85´l014Hz，荧光线宽6´l08 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（1） 它产生的基模采用平凹腔，腔长 L1m，凹面镜曲率半径 R2m。求：光束的腰斑半径及腰斑位置。光束的焦参数。光束的远场发散角。（2）它产生的基模（3）它产生的基模4，（8分）He-Ne 激光器辐射6328Å 光波，其方形镜对称共焦腔，腔长 L0.2m。腔内同时存在，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，模振荡，光阑孔径应多大？(2)如同时使四论述题（6分）1（6 分）试述调 Q 激光器

13、原理，模振荡而抑制振荡，光阑孔径应多大？物理团学学风建设部激及应用（B）卷及评分标准：一（30分）BDCACAABCB二.1.2（20分） 好、单色性好、相干性好、 (4分)（4分） 方向。相位 、频率 、偏振态、3.3S®2P0.6328m2S®2P1.15m3S®3P3.39mGln2 m-14（2分）（2分）（2分）（2分）5三（44分）1（8分）解：由多谱勒效应：，（两者相互接近时，即相向时，）（4分 ）（4分 ）2（8分）解：，（2 分，（2分）则可能存在的纵模数有三个，它们对应的 q 值分别为：物理团学学风建设部，q11949999q1=1950001

14、，（4分）3（ 20 分）解：(1)它产生的基模光束的腰斑半径及腰斑位置。（3分）（1分）代入各数值得：f = 1cm又 R2m2L可见此平凹腔为半共焦腔（2分）腰斑半径为：（3分）设平面镜距腰斑位置为,凹面镜距腰斑位置为，则（4分）（1分）可见腰斑位置 z=0刚好在平面镜处。（2）它产生的基模光束的焦参数。其产生的基模光束的焦参数即为产生光束的共焦腔焦参数，（1分）即f= 1cm（3）它产生的基模光束的远场发散角：4（8分）解：(1)TEM00模在镜面处的光斑半径为所以光阑孔径应该为0.2mm (2)TEM11模在镜面处的光斑半径为（4分）物理团学学风建设部所以光阑孔径为0.35mm（4分）

15、四（6分）1（6分）答：初始时腔的 Q 值很低，使腔内的损耗变大，上能级不断积累大量粒子。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， （3分 ）突然使谐振腔的 Q 值变高，这时激光器的阈值突然降低，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 分工业大学课程名称:激与技术试卷 ( A )试卷满分 100分时间: 2007年 6月 18 日一、选择题（每题3分，共30分）(第16 周 )1.世界上第一台激光器是（）(B)(A)(C)氦氖激光器激光器(D) 红宝石激光器钕激光器(E) 砷化镓结型激光器2.按照原子的量子理论，以通过自

16、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)(B)(C)(D)）两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的 两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的 两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的 两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的3氦-氖激光器属于典型的（）系统（C） 四能级 （D）多能级（A）二能级（B）三能级4体积，中心波长60nm，模式数目为（，线宽）5加宽发生在（A）固体（C）气体（）介质中（B）液体（D）等离子体6半共心腔在稳定图上的坐标为（

17、）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）7对于均匀增宽介质，中心频率处小信号增益系数为，当时 ，饱和显著，非小信号中心频率增益系数为：（）（A）（B）（C）（D）8.一平凹腔,其凹面镜的半径 R 等于腔长 L,它是(（A）稳定腔 （B）临界腔 （C）非稳腔)物理团学学风建设部9.能够完善解释黑体辐射实验曲线的是()（B）（D）（A）（C）-公式公式公式公式10.腔长为0.5米,=1.5,纵模间隔为()（A）（B）（C）二、填空题（共20分）（D）1.稳定腔的一块反射镜的曲率半径 R14L，求另一面镜的曲率半径取值范围 。(5分)2.一共焦腔(对称)L0.4

18、0m，0.6328mm，束腰半径径为。(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，(每空2分，共10分)，离腰56cm 处的光束有效截面半W13W21 、 E2E1 、 A21 三、计算题（共40分）。1（12分）(1) 一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm-1、光通过10cm 长的该材料后，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。2（14分）试从匀增宽激光器的最佳输出功率为：式出发，证明用最佳透射率表示的非均3（14分）考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔，波长 0

19、.5145mm，腔长L1m，腔镜曲率半径 R1=1.5m，R2=4m。试计算光腰和位置及焦参数。四、简答题（10分）物理团学学风建设部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？工业大学试卷参考及评分标准 ()课程名称:激与技术。时间:2007年 6月 18 日(第16 周 )单项选择题（每题3分，共30分）一、1（ D）、 2（B）、3（C）、4（C）、5（C）6（D）、7（C）、8（B）、9（C）、10（B）二、填空题（20分）1（5分）2 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

20、, 也是抽运能级、自发发射几率三、计算题（共40分） 解：（1）（12分）（2分）（3分）（2）（2分）（2分）（3分）2（14分），等式两边对 t 求导，并零（3分）证明：由物理团学学风建设部得：（3分）整理上式可得：，（3分）（2分）即：式中 t 即为最佳透射率 tm，则最佳输出功率（3分）3（14分）解：（1）束腰半径（3分）（2）束腰位置m；（2分）（3）两镜面上的光斑分别为：（3分）（3分）（4）焦参数物理团学学风建设部（3分）物理团学学风建设部四、简答题（10分）1答：（2分）因为连续激光器稳定时增益系数为G0，为小信号增益系数， I为腔内光强， Is为 饱 和 光 强 。（3分）

21、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，引起增益饱和作用，（2分）则增益下降。在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，随泵浦功率的提高而增加。工业大学课程名称:激与技术时间: 2007年 6月 18试卷 ( B )试卷满分 100分日(第16 周一)单项选择题（每题3分，共30分）一、1 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、方向(A) (C)(B) (D)2.在激光器中利用光学谐振腔 （）(A)(B)(C)(D)可提高激光束的，而不能提高激光束的单色性可提高激光束的单色性，而不能提高激光束的可同时提高激光束的既不能提

22、高激光束的和单色性.也不能提高其单色性3自然加宽是由于（）引起（A）激发态有一定的（B）粒子的碰撞（D）粒子的振动（C）效应4.加宽宽度可表示为()（A）（B）（C）（D）5. 一平凹腔,其凹面镜的半径 R 小于腔长 L,它是(（A）稳定腔 （B）临界腔 （C）非稳腔)6对称共心腔在稳定图上的坐标为（）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）7在方型对称情形，TEM11对应的花样（）物理团学学风建设部（A）（B）（C）（D）（E）8在连续运转激光器稳定状态（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）（B）增益系数随光强增加而减少（D）增益系数

23、等于阈值增益系数9设均匀增宽型介质的小讯号增益曲线的宽度为，当时的稳定工作时讯号增益曲线的线宽为（）10 锁模激光器输出脉冲功率，为：（）（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 L60cm 的对称稳定腔，反射镜的曲率半径取值范围R(5分)2.CO2激光器输出功率为50W(有效截面内的功率)，聚焦后的基模有效截面直径连续工作的50mm，每平方厘米平均功率为. (5分)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三能级系统He-NeNe 原子能量的共振转移三、计算题（40分）4.74×1014Hz，荧光线宽F1.5´l09Hz。今腔长 Llm，1（12分）HeNe 激光器的中心频率问可能输出的纵模数为若干？为获得输出，腔长最长为多少？模的节线位置的表达式(腔长 L、光波波长l、2(14分)（1）试求出方形镜对称共焦腔镜面上方形镜边长 a)