激光原理与技术期末考试B卷答案

1、学院姓名学号任课老师考场教室选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效电子科技大学2010-2011学年第2学期期走考试旦卷课程名称:激光原理与技术一考试形式:开卷（笔试）考试日期：20 11年旦月29日考试时长:120分钟课程成绩构成：平时 30期中% 实验%期末70第6页共页.密.封.线.以.内.答.题无.效值为5和3,则该模式可能为DATEMiB、TEMiiC、TEMiDTEMi6、下列腔型中，肯定具有共羯像点的是C（非稳腔）7、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L,光速为8在振幅调制锁模激光器中,若损耗调制器紧

2、贴腔镜放置且腔长为c,则损耗调制信号的角频率为BfC、2L4L9、KDP晶体横向电光调制的主要缺点为半波电压太高调制带宽低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.密封线.以内答.题无效10、下列性质选项中，对于由受激辐射跃迁产生的光子与入射光子相同的是_D_A偏振方向B、频率C运动方向D以上都是.填空题（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O2、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。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

3、为In2/I（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o4、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0O6、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V和v2的纵模在振荡，且Vv0v2v。，则最后形成稳定振荡的是频率为vi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O.密封线以内答题无效7、在用KDP晶体纵向电光调制系统中，波片

4、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2，对应的两偏振分量的光程差为四分之一波长,其作用可以通过在晶体上附加_V<_电压来代替。8当进行声光调制时，通过改变超声波的功茎实现调制；当进行声光偏转时，通过改变超声波的频奎来实现偏转。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，光学相位共物基于三阶韭线性极化。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

5、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）学院姓名 学号任课老师考场教室 选课号 / 座位号考场教室选课号/座位号密封线以内答题无效2、当高斯光束通过薄透镜时，假设透镜焦距发散角，物距I取何值时0。，取何值时°F 一定，。为透镜变换后的远场? （6 分）第 6页共页。分两种

6、情况进行（2分）2 0 -2T" 0F22F lF22OrlF . F 2（2分）（2分答：根据高斯光束的性质讨论（1）若Ff，透镜焦距足够小，无论I取何值，均可使。（2）在Ff的情况下3、均匀加宽工作物质的增益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1的强光只引起表观中心频率在1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

7、）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，引起激光频密封线以内答题无效（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

8、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（qlq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。（3分）四、计算与问答题（30分）1、如图所示，波长为=1.06m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棒，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）学院姓名学号任课老师考场教室选课号/座位号密封线以内答题无效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

9、置F=0.1m薄透镜，求经透镜后的光腰半径和位置。（7分）第11页共页解答：1）等效腔长b/ 0.15 0.18/1.80.25m（1）? ? （2 分）glg2吐1 0.50.5（2）g1g21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0.51.061 0290 m2 3.14? （4 分）3）3.14290 10 61.06 10 60.249m（5）经过透镜后的光束腰斑半径_F290 102Fl0.1 0.260.1220? 2492108 m （6）? ? （3 分）学院姓名学号任课老师考场教室选课号/座位号密 封 线 以 内 答 题 无 效腰斑位置F F2

10、（3分）0.10.114m20.20.10.24922、某四能级系统，其Eo为基态能级，四个能级的简并度相同。泵浦光频率与Eo、8间跃迁相对应，其跃迁几率W03=WoEs能级到E2能级的跃迁足够快，使得Es能级上的粒子数可忽略，且Es到其它能级的跃迁可忽略。B能级的寿命2较长，巳能级的寿命1较短，但不可忽略，因而E1能级上的粒子数密度不可忽略，E2E1的跃迁速率为1/21，总粒子数密度为n,求：（15分）1）在E2和E1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E1间的受激辐射和受激吸收可忽略）；（8分）2） E2和E1间的反转集居数密度与W、n的关系式；（4分）3）

11、泵浦极强时E2和E1间的反转集居数密度。（3分）解答：1）稳态跃迁速率方程：dn2n2WPno0（1）dt2叫匹010（2）5 （分）dt2110n1n2n（3）由（2）式得到m-Ln2（4）21密封线以内答题无1nin21(5)21(5)可得匕和Ei间形成集居数反转的条件是：212)由(1)式得到WPnnn?2(7)(4)式代入(7),得到Wn2(8)1W2-WP221(5)式得到Wn21Wp2-WP21WP3)当WP极强时，n1效（3分）（4分）.（3 分）-21（10）2121 1WP221第14页共页学院姓名学号任课老师考场教室选课号/座位号ffi2.YAGan电光JI怀A-1带帕獗N

12、I的电吒遇0羲？祓电光Q开关处于奠打开"状态.题 无 效电光调Q过程是】YAG晶怵在（R灯的 光泵下发射自然光（无规Ift 光人通过偏撮 棱？ t后，变成沿工方向的线1操光？若 调制晶 休上未加电压，光沼抽线方向（光 Ilin 通过体，其储状恋不发生变化*绘 全反射镜反 射后，再次无变化的）ait ?IS如杲在调制晶体上施？U/4电压由于纵向电光效应，当沿比方向的线帽概光通过晶体厉，两分址之间便产生M2的相位差？测从晶体出财后合成为相当于Hlfllftt光绘全反射横反射向来，再次is过调制晶体，又会产生专Z的相位注返一次总共累积产生雾相位？刖KI?到HYy方向按动的线借按光，柿当于值振面相对于入射光谨转了显然，这种俱瘵光不脂再通过馆摄棱锻”此时，电光Q开关处乎“关闭R状态.因此*如果在帆灯刖开始点燃时慕事先在调制品库上加上剧4电压，使谐IS腔处于总关闭竹的低Q值状鑫F阻瞬撤光振踌的形成.待激光上能级反转的粒子数积累到量大值时，突然撤去晶休上的A/4电压ffi?器瞬间处于高Q值状态.产生雪崩式的A?1?as.就可输出一牛D_。巨脉冲.1、与普通光源相比，下列哪项是激光的优势A相干性好B、发散角小C