激光理论考试题库及答案

激光理论考试题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.激光产生的基本原理是（）A.自发辐射B.受激辐射C.受激吸收D.黑体辐射答案B2.激光器的三个基本组成部分不包括（）A.工作物质B.泵浦源C.谐振腔D.冷却系统答案D3.共轴球面谐振腔的稳定条件是（）A.0B.gC.gD.g答案A4.高斯光束的腰斑半径沿传播方向的变化规律是（）A.线性增大B.双曲线形式C.抛物线形式D.指数衰减答案B5.氦氖激光器的主要输出波长约为（）A.632.8nmB.514.5nmC.488.0nmD.1064nm答案A6.激光器达到阈值时，增益系数G与损耗系数α的关系为（）A.GB.GC.GD.两者无直接关系答案A7.调Q技术中的“Q”是指谐振腔的（）A.品质因数B.增益系数C.损耗系数D.输出功率答案A8.均匀加宽激光器在稳态振荡时，增益饱和表现为（）A.整个增益曲线均匀下降B.仅中心频率附近下降C.增益曲线不变D.出现烧孔效应答案A9.锁模技术可以实现（）A.超短脉冲输出B.连续波输出C.频率调谐输出D.单纵模输出答案A10.激光横模TEM​mnq中，mA.横模阶数B.纵模阶数C.轴向模序数D.偏振状态答案A二、填空题（每空2分，共20分）1.激光产生的必要条件是工作物质实现____，谐振腔提供____。答案粒子数反转光学正反馈2.谐振腔的品质因数Q与光子寿命τc的关系为Q答案储能能力（或能量损耗的快慢）3.均匀加宽激光器中，增益系数G与光强I的关系式为______。答案G4.激光器中阈值条件为增益系数等于______。答案损耗系数5.共焦腔的g参数满足______。答案g1=g6.锁模技术分为主动锁模和______。答案被动锁模7.激光器的纵模频率间隔为Δνq=答案折射率8.远场发散角θ与腰斑半径ω0的关系为θ=λ答案λ/9.红宝石激光器工作波长约为694.3nm，属于______能级系统。答案三能级10.激光器输出功率与泵浦功率在阈值以上近似呈______关系。答案线性三、简答题（每题10分，共30分）1.简述激光产生的原理及其必要条件。答案激光产生的核心原理是受激辐射。当处于激发态的原子受到入射光子诱发时，会跃迁到低能级并辐射出与入射光子状态完全相同的光子，从而实现光放大。激光器必须具备三个必要条件：（1）工作物质，具有合适的能级结构，能够实现粒子数反转；（2）泵浦源，提供能量将基态粒子抽运到激发态，建立粒子数反转；（3）光学谐振腔，提供光学正反馈，使受激辐射持续放大并限制光束方向，形成稳定振荡输出。2.解释激光的横模和纵模，并说明它们各自的决定因素。答案纵模（轴向模）是沿谐振腔轴向形成的稳定驻波频率，其频率间隔为Δνq=c/(2nL)，主要取决于腔长3.比较均匀加宽与非均匀加宽激光器增益饱和特性的差异。答案在均匀加宽激光器中，所有粒子具有相同的中心频率和线型，增益饱和时整个增益曲线以相同的比例均匀下降，不出现频率“烧孔”，且饱和后的增益曲线形状保持不变。非均匀加宽（例如多普勒加宽）激光器中，不同频率的粒子属于不同的“速度群”，增益饱和仅发生在与振荡频率共振的那个群上，因而在增益曲线上形成一凹陷，称为“烧孔”效应。烧孔的宽度约为均匀加宽线宽，而饱和程度由振荡光强与饱和光强之比决定。四、计算题（每题15分，共30分）1.一个激光谐振腔由两个相同的球面凹镜构成，曲率半径R=2m，腔长L=（1）判断该腔是否稳定。（2）求高斯光束的腰斑半径ω0（3）求远场发散角θ。答案（1）计算g参数：g则g1g2（2）对于对称腔，腰斑位于腔中心（z=ω代入数值：Lωω（3）远场发散角θ解析：注意单位换算，腰斑半径通常在亚毫米量级，发散角约毫弧度量级。2.一均匀加宽激光器，小信号增益系数G0=2 m（1）该激光器能否起振？（2）当腔内光强I=0.5 kW/cm2（3）若要达到稳定振荡，腔内光强应为多少？答案（1）起振条件为G0>