考研华科激光原理考研题

1、华科考研激光原理2002-2014真题2013年一、简答：1 .说出激光器的两种泵浦方式，并分别举个例子。2 .什么是空间烧孔？并说明对激光器模式的影响。3 .试写出二能级的速率方程。并证明二能级不能产生自激震荡(设f1=f2)04 .说出三种粒子跃迁的方式。并给出各自的特点。5 .什么是增益饱和，在激光器增益中的作用。二、三、就是那个三个镜的三角环形腔，周版书上的原题，求腔的稳定性。四、激光模式的匹配。两个平凹腔，分别给出腔长和半径，先计算稳定性，再求透镜放在两腔之间什么地方以及透镜的焦距才能实现两高斯光速的匹配。五、大信号增益。(1)给出初始光强I0饱和光强Is,和腔长L求输出光强；(2)

2、求极限光输出功率(单位输出面积的)。2012年题型：简答题5个，一个10分。计算4个，一个25分。一、简答：1,什么是兰姆凹陷，说明形成条件。2,何为激光模式，解释横模、纵模。3,反转粒子数密度大于零时，是否能形成稳定振荡，说明理由。4,非均匀加宽和均匀加宽各有什么特点？5,高斯光束有什么特点？二、计算：1、某谐振腔中除两反射镜外所有光学元件的矩阵元是(ABCD)(2*2矩阵)，求证其稳定性条件为0g1g21其中g1=A-B/R1,g2=C-B/R2具体g1,g2的表达式可能有误，供参考2,某腔中有两个模式，频率分别为v1,v2,且v0v1v2,其中v0为中心频率，试问，这两个模式是否都能稳定

3、振荡？2011年简要回答下列问题1 .什么是对称共焦腔与一般稳定球面腔的等价性？2 .简要描述三能级和四能级系统形成反转粒子数的区别，三能级系统形成反转粒子数为什么比四能级系统要困难，试举例三能级和四能级激光器各一种，并说明波长。3 .简述非稳腔的优缺点，画出实共焦望远镜的几何自再现波形。4 .分析均匀加宽固体激光器的模式竞争。求所示谐振腔的稳定性一种三能级系统激光器，其&2=5*106s-1,&1=0,A21=3*102s-1,A3i=3*106s-1,gi=g2,腔内只存在一个谐振模，不计各种损耗：a) 求在外界泵浦情况下，该激光器的激光形成过程；b) 列出完整的速率方程；c) 稳态时，如

4、果介质激光上下能级粒子数相等，则应为多少？四、在一种Ar+激光器中，其产生的高斯光束束腰半径为0.41mm,束腰位置恰好在某凸透镜前表面上，该激光器的输出功率为400W,透镜焦距为10mm,试计算Ar+激光器发射的激光经透镜聚焦后，焦点处光斑半径内的平均功率密度。(Ar+光波长为514.5nm)五、有一连续行波激光放大器，工作物质具有均匀加宽线型，中心频率V0处的小信号增益系数为Gm,工作物质的损耗系数为a,入射光频率为V0,其有效面积为A,求放大器的最大极限输出功率Pm。六、如何利用短腔法选取单纵模？激光工作物质是被玻璃，具荧光线宽AF=24.0nm,折射率r=1.50,能用短腔法选单纵模吗

5、？为什么？2011年(网上版本)一：简答题每年的简答题都大同小异，今年考的也是增益饱和，兰姆凹陷，三能级和四能级的差别，这些概念相信每一个看了资料的人都很清楚，今年唯一不同的考题是“各举一个三能级和四能级激光器的例子，并说明它们的中心波长”，我相信这个问题难倒了很多人，这道题目我应该也没有拿到全部的分数。其他的都常规，就不做赘述了。二：计算题1 .求一个透镜系统的光线传输矩阵。上面的图像画的很粗糙，很抱歉，但是意思到了，题目本身就是给出了各个透镜的参数，要求写出该系统的传输矩阵。相关知识参见杨克成编写的激光原理第二章第一节，这道题属于送分型的题目，只要知道反射镜，空气，凸透镜的传播矩阵，利用线

6、性代数的知识进行简单的计算就可拿到满分，最后题目要求算出该系统稳定的条件，公式就是-10.5(A+D)上1.5m-1mCO2Laser（此题有误）4、 对于均匀加宽单模运转的行波激光器，假设谐振腔内只存在一个方向传输的行波，请回答下列问题：（1）说明在此激光谐振腔光轴方向是否存在空间烧孔效应？（8分）（2）试推导激光器输出功率表达式，并证明此激光器也存在一个最佳透过率使得激光器的输出功率达到极大值；（12分）（3）写出激光器谐振腔内光强随透过率的变化关系，是否也存在一个最佳透过率使得激光器谐振腔内的光强达到极大值？（5分）5、 对于由相距L的两球面镜（曲率半径为R1,R2）组成的稳定谐振腔，推

7、导镜面处自洽场光束参数q的表达式，由此证明光束在镜面处的曲率半径等于该反射镜的曲率半径。（15分）6、 画出谐振腔内带有倾斜耦合镜的虚共焦非稳腔的示意图，并设计一腔长为1m的虚共焦非稳腔，要求谐振腔的能量损耗为36%,分别对于二维、三维反射镜的情况，计算该谐振腔反射镜的曲率半径。（20分）7、 TEM00模式的激光光束垂直入射到完全吸收的介质平面上，平面中央处有半径为a的小孔，求该平面对垂直入射的TEMb。模式的透过率，并计算当小孔半径正好等于该处基模光斑半径时的透过率值。（20分）2006年（75分）1 .在均匀加宽内腔式气体激光器中，在刚开始点燃时，可观察到激光功率不断起伏，激光频率在V0

8、附近变化，开始时频率不断减小，在某时刻有发生跳变而突然增大，试解释该现象。（10分）2 .什么是兰姆凹陷？试说明采样兰姆凹陷进行激光稳频的原理和实现方式，画出必要的原理图和框图。（15分）3 .设平行平面腔的长度为L=1m,一端为全反射，另一端面反射镜的反射率为R=0.99,试求在1500MHz频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度。（16分）4 .有一均匀加宽气体激光器，其增益介质长L=80cm,中心频率小信号增益系数为Gm=0.001cm-1,饱和光强Is=30W*cm-2,线宽为ZVH=2kHz错误!未找到引用源。，一面反射镜的透过率为：T1=0.01,另一面输出镜的透过率T2可

9、变，忽略其他损耗，腔长L=100cm（a）求中心频率处的输出光强I和T2函数关系并作出关系曲线；（12分）（b）假设光斑面积A=1mm2,试求中心频率处T2输出镜的最佳透过率和最大输出功率；（10分）5 .从镜面上光斑大小的角度来分析，当光斑尺寸超过镜面的线度时，这样的模式就不可能存在。试由此估计一下，在L=30cm,2a=0.2cm的氢凝方形镜对称共焦腔激光器中（波长为632.8nm）所能够出现的最高阶横模的阶次m（或n）为多大？（12分）2005年（75分）一、简答题1 .简述自激振荡的形成过程。（5分）2 .试述增益饱和的物理机制，并说明其在连续稳定工作的激光器中的作用。（5分）3 .试

10、写出四能级系统的速率方程，画出能能级图并标出相关系数。（5分）4 .什么是对称共焦腔和一般稳定球面腔的等价性。（5分）二、一质地均匀的材料对光的吸收系数为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？如果一光束通过长度为1m的均匀激活的工作物质，要求出射光强是入射光强的两倍，试求该工作物质的增益系数。（10分）三、三个反射平面镜组成的等边三角形的环行腔，每边长为L,其中一边的中点放有焦距为F的透镜，（12分）（1）画出该腔的等效透镜波导；（2）L/F为何值时，该腔是稳定腔；（3）不用数学推导能否指出束腰的位置。四、有一长度足够长的均匀加宽连续放大器，其工作物质的有

11、效截面积为A,在频率V0处的小信号增益系数为G,内部损坏为飞饱和光强为Is,入射光的频率为V。，入射光功率为自，试求该放大器的极限输出功率%。（15分）五、试述均匀加宽和非均匀加宽的特点和区别，并简述在均匀加宽激光器中的自选模过程和非均匀加宽激光器的多纵模振荡。（18分）2004年（75分）一、简答题1 .一光束入射到长10cm、增益系数为0.5cm-1的工作物质中，求出射光强对入射光强的比值；（6分）2 .小信号增益系数和大信号增益系数有何不同，如何区分？（6分）3 .简要说明三能级和四能级系统在实现粒子数反转过程中的特点。（8分）二、试分析强光作用下弱光增益系数的特点，分均匀加宽和非均匀加

12、宽两种情况分别讨论。（15分）三、腔长为1m的激光谐振腔，由于周围环境温度的变化，腔长将有沿光轴方向的微小变化，如果要保证纵模频率变化在1Hz以内，试问：允许腔长改变的最大值是多少？（15分）四、一均匀加宽气体激光器，增益介质长l=80cm,中心频率小信号增益系数Gm=0.001cm,饱和光强Is=30W*cm-2,线宽为4H=2kHz错误!未找到引用源。一面反射镜的透过率为：T1=0.01,另一面输出镜的透过率T2可变，忽略其他损耗，腔长L=100cm（1）求输出光强I和T2的函数关系并作出关系曲线；（15分）（2）假设光斑面积A=1mm2,分别求激光器两端的输出功率P。（10分）2003年

13、（75分）一、简答题1 .什么是小信号增益系数？在其他条件相同的情况下，小信号增益的系数对激光输出功率有什么影响？（8分）2 .两镜共轴共焦腔是稳定腔吗？为什么？（5分）3 .为什么激光的谱线总是有一定的宽度？（5分）4 .试说明模体积的大小对激光输出的作用。（5分）二、试分析均匀加宽和非均匀加宽的作用在小信号和大信号时对产生激光的纵模数的影响。（20分）三、TEM01模式的激光光束垂直入射到完全吸收的介质平面上，平面中央处有半径为a的小孔，求该平面对垂直入射的TEM01模式的透过率，并计算当小孔半径正好等于该处基模光斑半径时的透过率值。（17分）222r2r2,7、（I01（r,z）10f-

14、（12-r7T）2e）（z）（z）四、有一连续行波激光放大器，中心频率V0处的小信号增益系数为Gm,工作物质的损耗系数为%入射光白频率为V0,其有效面积为A,求放大器的极限输出功率Pm。设工作物质具有（1）均匀加宽线型；（2）非均匀加宽线型。（15分）2002年（75分）一、简答题1 .当粒子翻转数大于零时，在激光谐振腔中能够产生自激振荡吗？为什么？（5分）2 .为什么连续激光器能够实现稳定的激光输出？（5分）3 .以虚共焦望远镜腔为例说明非稳腔中共腕像点的作用和几何自再现波形的特点。（7分）4 .试画出激光工作物质四能级系统的能级图，说明能级间粒子跃迁的动态过程。（8分）二、证明腔长相同的所

15、有对称稳定球面腔中，以共焦腔中基模的模体积最小。（可能用到的公式：Vo0V00（2隹庐）j1）（15分）g2gi4Jgg2、TEMb。模式的激光光束垂直入射到完全吸收的介质平面，平面中央处有半径为a的小孔，求该平面对入射的TEM00模式的透过率，并计算当小孔半径正好等于该处基模光斑半径时的透过率值。（20分）（高斯光束基模光斑的光强分布为:2三I。“，,z)1020e(z)四、讨论均匀加宽和非均匀加宽的区别。（15分）五、一连续工作行波激光放大器，工作物质具有均匀加宽线型，长度为L,中心频率处小信号增益系数为Gm,损耗系数为鹏且/Gm1,入射光强为Ii,输出光强为Il,饱和光强为Is。a）试证

16、明GmL=ln（）（li）,其中l工，i;（15分）i1slsb）试求这个工作物质小信号功率增益K3工曲线的半值宽度v。（10分）Ii2014年一.解释题1 .描述自然加宽和多普勒加宽的成因，说明他们属于什么加宽类型。（15）2 .描述一般稳定腔和对称共焦腔的等价性。（15）3 .增益饱和在连续激光器稳定输出中起什么作用？谱线加宽是怎样影响增益饱和特性的？（15）4 .说明三能级系统和四能级系统的本质区别，哪个系统更容易形成粒子数反转，为什么？（15）二.解答题1 .一个折射率为，厚度为d的介质放在空气中，界面是曲率半径为R的凹面镜和平面镜。(1)求光线从空气入射到凹面镜并被凹面镜反射的光线变换矩阵。(2)求光线从凹面镜进入介质经平面镜反射再从凹面镜射出介质的光线变换矩I(3)求光线从凹面镜进入介质再从平面镜折射出介质的光线变换矩阵。(25)2 .圆形镜共焦腔的腔长L=1m(1)求纵模间隔q,横模间隔m,n.(2)若在增益阈值之上的增益线宽为60Mhz问腔内是否可能存在两个以上的纵模震荡，为什么？(25)3 .虚共焦型非稳腔的腔长