激光原理课后习题及答案

激光原理课后习题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在激光器中，光学谐振腔的主要作用是（）A.提供光放大B.提供光反馈和选模C.提高泵浦效率D.增加粒子数反转答案B2.均匀加宽增益饱和的机理是（）A.粒子数减少B.增益系数降低C.腔内光强增强导致反转粒子数下降D.反转粒子数增加答案C3.高斯光束的远场发散角与以下哪些因素有关？（）A.波长B.束腰半径C.腔长D.以上都是答案D4.稳定谐振腔满足的条件是（）A.0B.gC.gD.g答案A5.调Q激光器输出脉冲的典型宽度是（）A.纳秒量级B.皮秒量级C.微秒量级D.毫秒量级答案A6.锁模技术实现超短脉冲的基本原理是（）A.各纵模相位同步B.各横模相位同步C.振幅调制D.频率调制答案A7.下列激光器中，不属于气体激光器的是（）A.He-Ne激光器B.CO2激光器C.Nd:YAG激光器D.Ar+激光器答案C8.激光器阈值条件取决于（）A.增益系数与损耗系数B.泵浦功率C.谐振腔反射率D.工作物质长度答案A9.四能级系统与三能级系统相比，主要优点是（）A.容易实现粒子数反转B.阈值功率低C.量子效率高D.输出功率高答案B10.多普勒加宽属于（）A.均匀加宽B.非均匀加宽C.自然加宽D.碰撞加宽答案B二、填空题（每空2分，共20分）1.激光的全称是______。答案LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（受激辐射光放大）2.谐振腔的稳定条件用g参数表示为______。答案03.均匀加宽的线型函数是______。答案洛伦兹线型4.高斯光束的远场发散角θ与束腰半径w0答案θ5.激光器的三个基本组成部分是____、__和____。答案工作物质、泵浦源、光学谐振腔6.调Q技术的关键是快速改变谐振腔的______。答案Q值（或损耗）7.锁模的目的是实现各纵模的______。答案相位同步8.四能级系统中，激光下能级是______，有利于粒子数反转。答案激发态（或快驰豫能级）9.激光器阈值条件要求单程增益______单程损耗。答案等于10.多普勒加宽属于______加宽。答案非均匀三、简答题（每题6分，共30分）1.简述激光产生的必要条件。答案(1)实现粒子数反转分布；(2)存在光学谐振腔提供正反馈；(3)满足阈值条件，即增益大于损耗。2.什么是增益饱和？均匀加宽与非均匀加宽的增益饱和机制有何不同？答案增益饱和指随着腔内光强增大，增益系数下降的现象。均匀加宽饱和时，增益曲线整体均匀下降，形状不变；非均匀加宽饱和时，增益曲线出现“烧孔”，只在对应频率处局部下降。3.稳定谐振腔与非稳谐振腔的主要区别是什么？各适用于何种激光器？答案稳定腔中光线多次往返不逸出腔外，损耗小，适用于低增益连续激光器；非稳腔损耗大，但能获得较大模体积和良好光束质量，适用于高增益脉冲激光器。4.简述调Q技术的基本原理。答案通过迅速改变谐振腔的Q值（损耗），在低Q时泵浦储存能量，高Q时突然释放，形成巨脉冲。常用方法有电光调Q、声光调Q、染料调Q等。5.锁模技术如何实现超短脉冲？答案通过强制各纵模在相位上同步，使模式相干叠加，形成周期性超短脉冲序列。锁模方式分为主动锁模（振幅调制、相位调制）和被动锁模（可饱和吸收体）。四、计算题（每题15分，共30分）1.一平凹谐振腔，腔长L=0.5 m，凹面镜曲率半径R1(1)求该腔的g参数并判断稳定性。(2)求基模高斯光束的束腰半径w0(3)求该腔的纵模间隔Δν答案(1)g1=1−LR1(2)束腰位于平面镜上（平面镜处）。束腰半径公式：w0=λLπg1(3)纵模间隔Δν解析本题考察平凹腔稳定条件、基模高斯光束的基本参数及纵模间隔。束腰公式适用于稳定球面腔，可通过ABCD矩阵或标准公式推导得出。2.一台连续运行的Nd:YAG激光器（四能级系统），工作物质长度l=10 cm，横截面积A=0.1257 cm2，折射率n=1.82。发射截面σ=2.8(1)判断该激光器是否满足振荡阈值。(2)若满足，计算输出功率（忽略折射率影响）。(3)若需提高输出功率，说明应增大还是减小R2答案(1)小信号单程增益系数g0=σn2=2.8(2)饱和光强Is=hνστ。hν=hcλ=6.626×10−34(3)应增大R2（即减小透射率T）。理由：当前透射率不是最佳，增大反射率可降低阈值损耗，使腔内光强增加，输出