激光技术笔试题及完整答案

激光技术笔试题及完整答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.激光产生的必要充分条件中，下列哪一项不是必不可少的？A.工作物质（增益介质）B.谐振腔C.泵浦源D.冷却系统答案D2.下列哪种激光器属于四能级系统？A.红宝石激光器B.Nd:YAG激光器C.He-Ne激光器D.CO₂激光器答案B3.激光纵模频率间隔的表达式为（c为光速，L为腔长）：A.ΔB.ΔC.ΔD.Δ答案C（n为腔内介质折射率，若n=1则为B，但一般表达式带4.与普通光相比，激光的主要特性不包括：A.高方向性B.高单色性C.高相干性D.高偏振性答案D（偏振性不是激光独有的）5.调Q技术获得的激光脉冲宽度通常在哪个量级？A.飞秒（10−B.皮秒（10−C.纳秒（10−D.微秒（10−答案C6.对于由两个球面镜组成的共轴谐振腔，其稳定条件为：A.0B.gC.gD.g答案A7.激光器振荡的阈值条件是指：A.小信号增益系数等于单程损耗系数B.增益介质长度等于腔长C.泵浦功率达到最大值D.输出功率最大答案A8.电光调Q是利用晶体的哪种效应？A.泡克尔斯效应B.克尔效应C.塞曼效应D.拉曼效应答案A9.高斯光束的远场发散角Θ与腰斑半径w0满足（λA.ΘB.ΘC.ΘD.Θ答案C10.下列哪种激光器通常采用半导体激光器（LD）作为泵浦源？A.He-Ne激光器B.红宝石激光器C.CO₂激光器D.光纤激光器答案D二、填空题（每空2分，共20分）1.激光是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的缩写，中文名称为受激辐射光放大。2.实现粒子数反转必须具备亚稳态能级。3.激光谐振腔最常用的两种基本稳定腔是球面腔与平行平面腔。4.当激光工作物质的增益系数随光强增加而下降的现象称为增益饱和。5.锁模技术可获得的最短脉冲宽度与增益带宽成反比。6.激光器Q值越高，表示腔的损耗越小。7.激光横模通常用TEM​mn表示，其中m表示x方向的8.激光倍频技术中，实现高效率能量转换的关键条件是相位匹配。9.红宝石激光器属于三能级系统，因此其阈值泵浦功率较高。10.在激光放大器中，小信号增益系数g0=σΔn，其中σ三、简答题（每题5分，共20分）1.简述激光产生的三个基本条件。答案（1）工作物质（增益介质）：具有合适的能级结构，能够实现粒子数反转。（2）泵浦源：提供能量，将粒子从低能级抽运到高能级，建立反转分布。（3）谐振腔：提供光学正反馈并限制振荡模式，使受激辐射持续放大并形成激光。2.解释激光器的弛豫振荡现象，并说明其机理。答案弛豫振荡是指激光器输出光强在达到稳态前出现的衰减式尖峰振荡。其机理源于激光器的速率方程：泵浦使反转粒子数积累，超过阈值时产生激光脉冲；随着激光输出消耗反转粒子数，增益下降至阈值以下，激光中断；泵浦继续积累粒子数，再次超过阈值，输出下一个尖峰，如此反复直至稳定。该现象反映了增益与光子数之间的瞬态竞争。3.什么是激光的纵模和横模？它们分别由什么决定？答案纵模指沿谐振腔轴线方向的驻波场分布，决定激光振荡的频率及其间隔，由腔长L和介质折射率n决定（Δν4.简述激光倍频技术的原理及实现条件。答案原理：利用非线性晶体的二次非线性效应，使频率为ω的强激光通过晶体后产生频率为2ω（1）晶体具有非中心对称结构且非线性系数较大；（2）满足相位匹配条件（基波与倍频光折射率相等，即nω（3）基波光强足够高。四、计算题（每题20分，共40分）1.某连续Nd:YAG激光器，腔长L=0.5 m，工作物质长度l=0.1 m，单程损耗δ=（1）小信号增益系数g0（2）阈值增益系数gt及对应的阈值反转粒子数密度Δ（3）该激光器能否起振？若能，试写出稳态输出功率Pout表达式（设输出镜透过率T=0.1，工作物质横截面积A=4×10答案（1）小信号增益系数g0（2）阈值增益系数gt=δ（3）g0=13 m−1P代入数据：P=（注意：4×故Pout2.谐振腔由两个对称球面镜组成，曲率半径R1=R2=（1）该谐振腔的g1、g（2）若为稳定腔，求基模高斯光束的腰斑半径w0（3）计算两镜面上的光斑半径w1、w答案（1）g1=g2=（2）对于对称共焦腔，已知R1=Rw其中