激光原理复习

激光原理复习共10题，每题2分)q2L入22.下列条件哪一个是激光振荡充分必要条件：A。(60为往返相移)3.下列腔型中，肯定为稳定腔的是C。A.凹凸腔B.平凹腔C.对称共焦腔D.共心腔A.单程损耗因子B.腔内光子平均寿命 指它们具有：A。 A.相同横模B.相同纵模C.相同损耗D.相同谐振频率6.下列公式哪一个可用于高斯光束薄透镜成像A其中q=z+if，R为等相位面曲率半径，111111111111qqFRRFLLFLLF12121212 7.关于自发辐射和受激辐射，下列表述哪一个是正确的C。 A.相同两能级之间跃迁，自发辐射跃迁几率为零，受激辐射跃迁几率不一定为零；B.自发辐射是随机的，其跃迁速率与受激辐射跃迁速率无关；C.爱因斯坦关系式表明受激辐射跃迁速率与自发辐射跃迁速度率成正比；D.自发辐射光相干性好。A.均匀加宽只有部份原子受激辐射或受激吸收；B.非均匀加宽全部原子受激辐射或受激吸收；C以相同几率受激辐射或受激吸收；和光强Cvt0t0tvt 特定方向传播的线 描；当进行光束扫描时，通过改变超声波的频率 增加Q值，激光器迅速振荡，形成最大功率的巨脉冲。 C 1.给出一至二个光子概念实验例子(3分)受激辐射是原子在外界入射光扰动下原子从高能级向低能级跃迁产生的辐射，自发辐射是原子不受外界入射光扰动下从高能级向低能级跃迁所产生的辐射。(2分)完全相同，自发辐射光传播方向、偏振方向是随机的，光频率谱线加宽范围内均匀分布。(2分)2.简述非均匀加宽工作物质“烧孔”现象(6分)v，只有表观中心频率v'=v附近的原子与光有有101效相互作用；表观中心频率远离光频率v的原子没有有效相互作用。(3分)101v，反转集居数密度不变。所以在v'=v附近，增益系数下降，其它频率处增益系数仍为小信号101增益，形成一凹陷，称为“烧孔”。(3分)3.简述兰姆凹陷成因(6分)原子对激光增益有贡献；当激光频率用，只有一部分原子对激光的增益有贡献。(3分)部率出，激光器输出功率比激光频率在中心频率附近低。这个现象称为兰姆凹陷。(3分)KDP成正交的偏振器之间，其中起偏器P1的偏振方向平行于电光晶体的x轴，检偏器P2的偏振方向平行于y轴，当沿晶体z轴方向加电场后，它们将旋转450变为感应主轴当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，x'和y'二分量间就产生了一个相位差。成为波片的作用是将工作点置于斜率最大处。1．证明：采用传输矩阵证明任意高斯光束在对称共焦腔中均可自再现。(5分) 112(1)求腔长L取值范围；cm价共焦腔焦距f；(3)高斯光束束腰位置及束腰半径O；0cm价共焦腔焦距f；(3)高斯光束束腰位置及束腰半径O；0解：(1)激光稳定性条件LLLLLLLLRR4010012212几几1.通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值高。光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和相干性好腔内增益系数为阈值增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激 光的光子速率相等. 1光束衍射倍率因子=实际光束束腰半径人实际光束远场发散角答：气体激光器中多普勒加宽烧孔效应：由于腔镜的作用，腔内模Φ频率v可看成两束沿相反11CC一的迭加。如果C足够强，则分速度为士o(o=一cv一v10)的反转粒1zzv0o101z2.一两块球面镜组成的直腔，腔长为L，球面镜的曲率半径分别为R和R，写出其往返矩阵的表12对成共焦腔g参数.:RWARRWAR率对应于不同的原子，不同的原子对中谱线中的不同频率有贡献，不同原子的作用不同的(5分)。均匀增宽激光介质发射谱线为洛仑兹线型，中心频率处谱线增益最大，该频率处附近每一个原子对谱线内任一频率光波都有相同的贡献，中光上能级原子数下降，激光增益曲线形状不变，但整体激光振荡阈值时，该处纵模稳定输出，其它频率的纵模源阈值较答：激光四能级结构图略：(3分)；四能级速率方程为：S32En22S1En00声下能级的粒子数各为多少(8分)1hv6.631034c6.6310343108入解(1)根据光在介质内传播公式可得:3．稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R1＝40cm，R2＝100cm，求腔长L的取值范围。(9分)解:根据谐振腔稳定性判断条件可得:的光泵激励。试估算单位体积的阈值抽运功率。(9分)解：激光器在阈值泵浦功率下泵浦时，泵浦功率主要补偿激光上能级的自发辐射损耗，对于三能级激光介质，其上能级阈值粒子数近似等于激光总粒子数n的一半，可得：05．腔长为的氩离子激光器，发射中心频率v0＝?l014Hz，荧光线宽v＝6?l08Hz，问它可能存q2L210.5c下能级的粒子数各为多少(8分)P内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n，则：PP入nnhvhc问答题：(65分)1.说明连续输出激光谐振腔的输出耦合镜透过率大于以及小于最佳输出耦合率时，激光输出功率都将下降(10分)2.写出三种谱线展宽方式说明上述展宽中那些属于非均匀展宽、那些属于均匀展宽(5分)3.写出基模高斯光束光强表达式写出基模高斯光束光斑半径与束腰半径间关系表达式写出基模高斯光束波面曲率半径与束腰半径间关系表达式(5分)4.激光谐振腔腔长为L，腔镜曲率半径分别为R和R，写出该谐振腔的稳定条件已知激光谐振腔12腔长为1m,腔镜曲率半径分别为和,计算该谐振腔的g参数分别为多少该谐振腔是否稳定(106.写出均匀加宽激光介质的反转粒子数密度与入射光强间关系表达式说明为什么反转粒子数密度8.光与物质存在那三种相互作用受激辐射放大发射光子有什么特点说明在激光谐振腔内，激光振荡产生过程中，最初的激光信号来源是什么(10分)9.说明激光器损耗的主要来源设均匀增宽激光介质长度为10cm，增益系数为G=cm-1，内部损耗0内计算题：(35分)(4，5题选作一题)0m4.稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R＝40cm，R＝100cm，求腔长L的取值范围。12 《激光原理及应用》期末试题(A卷答案)一、简答题.激光器的基本结构包括三个部分，简述这三个部分答：激光工作物质、激励能源(泵浦)和光学谐振腔；2.物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁，简述这两种跃迁的区别。迁，辐射跃迁必须满足跃迁定则；非辐射跃迁表示在不同种加宽的产生机理、谱线的基本线型。一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽。自然加。内与它的表观中心频率相应的部分有贡献。多4.简述均匀加宽的模式竞争成稳定的振荡，其他的纵模都被抑制而熄灭。这种情5.工业上的激光器主要有哪些应用为什么要用激光器6.说出三种气体激光器的名称，并指出每一种激光器发出典型光的波长和颜色。27.全息照相是利用激光的什么特性的照相方法全息照相与普通照相相比有什么特点vvc1.证明：由黑体辐射普朗克公式 3v3vm (1)求出等价共焦腔的焦距f；束腰大小w及束腰位置；0 (2)求出距左侧凹面镜向右米处的束腰大小w及波面曲率半径R；此腔为稳定腔。12m12m即束腰位置距R左侧处1(2)距左侧凹面镜向右米处，经计算为距束腰4米处。3．氦氖激光器中Ne20能级2S-2P的谱线为μm。这条谱线的自发辐射几率A为×106s-1秒,放电24管气压P≈260帕;碰撞系数α≈700KHz/帕;激光温度T=400K;M=112;试求:HD宽占优势(2)多普勒线宽:(3)根据上述结论，该激光器多普勒线宽占优势试求(1)该激光器自发辐射系数A;自发辐射寿命τ=3×10--s11解:(1)21Ts3根10一3 (2)N (3)中心频率处小信号增益系数 122求得迁迁p面为15μm2，估算YDFA的泵浦强度阈值和泵浦功率阈值。2、考虑He-Ne激光器，λ=633nm，多普勒展宽的增益线宽为Δν’=×109Hz，假设腔长50cm。0求解封闭和开放式谐振腔的模式数目(封闭时假定谐振腔侧面被一个直径3mm的圆柱包围)3、计算腔镜功率反射率分别为R=，R=，单程损耗为10%的谐振腔内的Q因子和激光线宽。12三、论述激光产生的条件(本题15分)五、现有一激光谐振腔，前后腔镜的曲率半径和反射率分别为r、R、r、R，两个腔镜的中心间1122距为L，假定之间的介质折射率为1，试推导激光器的稳定条件(本题15分)1.激光的产生分为理论预言和激光器的诞生两个阶段简述激光理论的创始人，理论要点和提出发明人和第一台激光器种类3.举例说明，激光在医学上有什么应用与普通医学方法相比激光医学有什么优点诊疗具有精细准确、安全可靠、疗效好、痛苦少等优4.军事上的激光器主要应用那种激光器为什么应用该种激光器答：军事上主要用的是CO激光器，这是因为CO激光波长处于大气窗口，吸收少，功率大，22效率高等特点。5.全息照相是利用激光的什么特性的照相方法全息照相与普通照相相比有什么特点。。(1)在能级图上划出主要跃迁线。(2)根据爱因斯坦方程得(1)判断此腔的稳定性；(3)求出距凸面镜右侧米处的束腰大小w及波面曲率半径R；(2)求出等价共焦腔的焦距f(3)求出距凸面镜右侧米处的束腰大小w及波面曲率半径R；定条件f0.9922≈1m即束腰位置距R右侧1(3)距凸透镜右侧米处，经计算为距束腰4米处。zsHD分析在气体激光器中,哪种线宽占优势sLHNL(2)多普勒线宽:(3)根据上述结论，该激光器多普勒线宽占优势2101解:(1)A==s-1s(2) N (3)中心频率处小信号增益系数E2和E1能级数密度之比为4比1J||ln2=8根101621 5.一个CO激光器输出的激光束射到透镜面上的光班半径为，输出功率为200w(指有效截面内2的功率)，透镜焦距为10mm，计算CO激光束经透镜聚焦后，焦点处光斑有效截面内的平均功率密2(CO激光波长μm)1i2求得1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是(自发辐射)、(受激吸收)、(受激辐射)。2、光腔的损耗主要有(几何偏折损耗)、(衍射损耗)、(腔镜反射不完全引起的损耗)和材料3、激光中谐振腔的作用是(模式选择)和(提供轴向光波模的反馈)。表达式为()，其值越大，则衍射损耗(愈小)。5、光束衍射倍率因子文字表达式为()。6、谱线加宽中的非均匀加宽包括(多普勒加宽)，(晶格缺陷加宽)两种加宽。是(有助于激光下能级的抽空)。象叫做(频率牵引)。10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲，脉冲宽度可达()S，通常有(主动锁模)、(被动锁模)两种锁模方式。态场分布称为开腔的自在现摸么是反转粒子束烧孔请简单介绍2种常见的激光器(激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长)。X为 (=0Av21 (=211