激光原理试卷

1、广东工业大学测试试卷(A)课程名称：激光原理与技术试卷总分值100分测试时间：2007年6月18日(第16周星期一)一、选择题(每题3分,共30分)1 .世界上第一台激光器是()(A)氮式激光器.(B)二氧化碳激光器.(C)被玻璃激光器.(D)红宝石激光器.(E)神化线结型激光器.2 .根据原子的量子理论,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,原子受激辐射的光与入射光是不相干的.(B)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.(C)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

2、与入射光是不相干的.(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相干的.3 .氮-式激光器属于典型的()系统(A)二能级(B)三能级(C)四能级(D)多能级4 .体积V=1cm3,线宽完=10nm,中央波长60nm,模式数目为()5 .多普勒加宽发生在()介质中6 .半共心腔在稳定图上的坐标为(d)(A)(-1,-1)(B)(0,0)(C)(1,1)(D)(0,1)c07 .对于均匀增宽介质,中央频率处小信号增益系数为G(v0),当I='时,饱和显著,非小信号中央频率增益系数为：(c)01C01c0/、,(A)G(v0)(B)(v0)(C)2°)(D

3、)30)8 .一平凹腔,具凹面镜的半径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)(A)瑞利-金斯公式(B)维恩公式(C)普朗克公式(D)爱因斯坦公式10 .腔长为0.5米,以=1.5,纵模间隔为b()(A)1.5父108Hz(B)2M108Hz8一8一(C)3M10HZ(D)4M10HZ二、填空题(共20分)1 .稳定腔的一块反射镜的曲率半径R1=4L,求另一面镜的曲率半径取值范围.(5分)2 .一共焦腔(对称)L=0.40m,人=0.6328Nm,束腰半径w.=0.2mm,离腰56cm处的光束有效截面半径为.(5分)3 .下列图是

4、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)W13、W21E2、E1、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一光束通过长度为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.PvAt1ls2LGDV2-12. 14分试从2A+G式出发,证实用最正确透射率表示的非均匀增宽激光器的最正确输出功率为：tm3. 14分考虑一用于氮离子激光器的Pm是酬用藏长入=0.514*m,腔长L=1m,腔镜曲率半径R1=1.5m,R2=4m.试不算光腰

5、尺寸和位置及焦参数.四、简做题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升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.测试时间：2007年6月18日第16周星期一、单项选择题每题3分,共30分5C、10B1D、2B、3C、4C、8B、9C6D、7C、填空题20分5分20.6mm5分3.每空2分,共10分受激吸收几率鼓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、计算题共40分解：112分_.AzIz=I0e2分Iz_0.011.001=e=-=0.368I0e3分2；Iz=I0eGz2分Hz=eG1=2I02

6、分1得G=ln2=0.693m3分2.(14分)、1P()二-Atils证实：由2'2LGD(v)ai+ti)-1J,等式两边对t求导,并令其为零3分2Als(篝22AtIe2LGr2LG八''2口=.at(at)2(3分)223整理上式可得：4LG(a-t)=(a+t),2(a-t)3(2LG)工二(3分)那么最正确输出功率式中t即为最正确透射率tm,(2分)12LG2Pm=Atmls()-1a-tm1 (atm)3(a-tm)=-AtmIsm-12 (atm)二Alsma-tm3分314分解：1束腰半径rU,n0=()nL(R1-L)(R2-L)(RR2-L)42(

7、R1R2-2L)211.54.543.52"0.51451O'=()JI=0.348666mm(3分)L(R2L)=3二6(2)束腰位置(ri+R2-2L)3.57m；|z21=L-|zj=1-6=1m(2分)(3)两镜面上的光斑尺寸分别为：_2_1当RS)广-二L(RL)(RR2-L)0.514510"2.253二'二0.54.5=0532596mm(3分)s221R；(R-L)L(R-L)(RiR2-L)0.514510-61160.5,4i二34.5=0.355064mm(3分)(4)焦参数f_1.L(R1-L)(R2-L)(RR2-L)一R,R2-2

8、L0.534.5_2.63.5-3.55.2m73分四、简做题10分不G0GG阈12IIs1 答：2分由于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,那么增益下降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升而增加(3分)测试时间：18周星期20074课程名称:1月5日广东工业大学测试试卷B激光原理及应用一单项选择30分1.在一定温度下,自发辐射几率是受激辐射几率的B倍题号一一三四五六七八九十总分得分评分人2 .粒子数反转分布状态微观粒子满足DA费米分布

9、B高斯分布C玻尔兹曼分布D负温度分布3 .碰撞增宽谱线为CA高斯线型B抛物线型C洛仑兹线型D双曲线型4 .CO2谱线的多普勒增宽为53MHz,中央频率所对应的谱线函数极大值为A5 .平行平面腔在稳定图上的坐标为CA-1,-1B0,0C1,1D0,16 .谐振腔的纵模共振频率为A7 .对称共焦腔基模光腰为A8 .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 .激光束的根本特性是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

10、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、06分5 .假设光束通过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分静止三原子3s2T2P4谱线中央波长为0.6328m,求当它以0.1c速度向观察者运动时,中央波长变为多大2. 8分腔长为0.5m的氮离子激光器,发射中央频率v°=5.85Ml014Hz,荧光线宽Av=6勺08Hz,问它可能存在几个纵模相应的q值为多少设x=13. 20分某激光器九=0.9%采用平凹腔,腔长L=1m

11、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TEMTEM11,TEM22横模.假设在腔内接近镜面处加小孔光阑选取横模,试问:如只使TEM00模振荡,光阑孔径应多大?2如同时使TEMo0,TEM11模振荡而抑制TEM22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：30分BDCACAABCB4分4分1分12户二.20分1. 方向性好、单色性好、相干性好、高亮度2

12、. ft®、fW、偏振态、传播方向.3. 模的电磁场理论横截面内的场的分布4. 懒骊2P频率0.6328N脩P往返力散的相对功率损耗3S>3P339/5. 每号公愤2潞光源而发散角三44分18分解：由多谱勒效应：v0=V0'1+Yi,两者相互接近时,即相向时,v>0<C；4分,v0=V01+I、CJcc,v7.二二1+1-0五0<C10C0.632810上1.1=0.575310,4分2.8分解:c2日L3108210.5=3父108Hz,2分610883102分那么可能存在的纵模数有三个,它们对应的q值分别为:qc2日L2日Lq二、c_145.851

13、03108=1.95106q+1=1950001,q1=19499994分320分解：1它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置.f2=LR低-LiR+-LLg_L3分l-L-RiL-R22代入各数值得：f=1cm1分又R=2m=2L可见此平凹腔为半共焦腔2分腰斑半径为：w0=Jf=产M10.12分HeNe激光器的中央频率V0=4.74X1014Hz,荧光线宽Avf=1.5Ml09Hz.今腔长L=lm,问可能输出的纵模数为假设干为获得单纵模输出,腔长最长为多少=5.35父10%m3分0；3.14设平面镜距腰斑位置为Z1,凹面镜距腰斑位置为Z2,那么'L*2-L1X2-1cZ1=0L-R

14、1L-R21-二1-26,、4分-LR1-L-1：-1,z2=1mL-R1ri：L-R21厂11-2可见腰斑位置z=0刚好在平面镜处.1分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=1cm1分3它产生的基模高斯光束的远场发散角：48分解：1TEM00模在镜面处的光斑半径为所以光阑孔径应该为0.2mm4分2TEM11模在镜面处的光斑半径为而以光阑孔径为0.35mm4分四.6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分忽然使谐振腔的Q值变高,这时激光器的

15、阈值忽然降低,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分广东工业大学测试试卷B课程名称：激光原理与技术试卷总分值100分测试时间：2007年6月18日第16周星期一一、单项选择题每题3分,共30分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b频率、发散角、量子状态、偏振、传播方向ABCD2.在激光器中利用光学谐振腔cA可提升激光束的方向性,而不能提升激光束的单色性.B可提升激光束的单色性,而不能提升激光束的方向性.C可同时提升激光束的方向性和单色性.D既不能提升激光束的方向性也不能提升其单色性.3 .自然加宽是由于a引起A激发

16、态有一定的寿命C多普勒效应4 .多普勒加宽宽度可表示为b,11vD=7.16101m114分1试求出方形镜对称共焦腔镜面上TEM03模的节线位置的表达式腔长L、光波波长九、方形镜边长avoATr“一,T、.Vd=7.1610VoCmo15 .一平凹腔,具凹面镜的半径R小于腔长6.对称共心腔在稳定图上的坐标为(B)粒子的碰撞(D)粒子的振动T.：vD=7.1610)()2v0(B)"mol_T、2.Vd=7.1610,()2Vo(D)“'aL,它是()a)(A)(-1,-1)(B)(0,0)(C)(1,1)(D)(0,1)(A)(B)(C)(D)(E)8.在连续运转激光器稳定状

17、态dA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增益系数等于阈值增益系数7.在方型对称情形,TEMii对应的把戏(b)9 .设均匀增宽型介质的小讯号增益曲线的宽度为&v,当I=Is时的稳定工作时讯号增益曲线的线宽为c10 .锁模激光器输出脉冲功率IhN2,N为：bA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R5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,聚焦后的基模有效截面直径2w=50Nm,每平方厘米平均功率为.5分3.请完成卜曲的表格每格2

18、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鼓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(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、Ri=3m及R2=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(fRR2L).(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、简做题(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.测试时间：2007年6月18日(第16周星期一)一、单项选择题(每题3分,共30分)1(B)、2(C)、3(A)、4(B)、5(C)6(A)、7(B)、8(D)、9(C)、10(B)二、填空题(20分)1 .>30cm(5分)2 2.546>d06W/cm2(5分)3 .(每格2分,共10分)光泵浦气体6328A四能级系统三、计算题40