2026年“激光原理与技术”期末考试B卷(附答案)

2026年“激光原理与技术”期末考试B卷(附答案)一、选择题（每题2分，共20分）1.激光的英文“Laser”最初是下列哪个短语的缩写？A.LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiationB.LightAbsorptionbyStimulatedEmissionofRadiationC.LightAmplificationbySpontaneousEmissionofRadiationD.LightAbsorptionbySpontaneousEmissionofRadiation答案A2.在激光器中，实现粒子数反转的必要条件是：A.存在亚稳态能级B.有足够强的泵浦源C.工作物质具有三能级或四能级系统D.以上都是答案D3.关于激光的相干性，下列说法正确的是：A.时间相干性由谱线宽度决定，谱线越宽相干时间越长B.空间相干性与光源的尺寸有关，光源尺寸越小相干性越好C.激光的相干性比普通光源差D.激光的单色性越好，时间相干性越差答案B4.某谐振腔的腔长L=1 m，两反射镜的曲率半径分别为A.稳定腔B.临界腔C.非稳定腔D.无法判断答案B（解析：g1=1−L5.在均匀加宽激光器中，随着泵浦功率的增加，输出激光的谱线宽度会：A.保持不变B.变窄（增益饱和导致）C.变宽D.先变宽后变窄答案B6.高斯光束的腰斑半径w0与远场发散角θA.θB.θC.θD.θ答案A7.在四能级激光系统中，激光下能级的寿命通常很短，其作用主要是：A.快速将粒子抽运到上能级B.减少下能级粒子数积累，有利于实现粒子数反转C.增加激光增益D.减少自发辐射损耗答案B8.当激光谐振腔的菲涅尔数N较小时，下列哪种现象更为显著？A.衍射损耗增大B.激光输出功率增大C.模式竞争减弱D.增益增大答案A9.锁模技术的主要目的是：A.提高激光的单色性B.获得超短脉冲C.提高激光的输出功率D.改变激光的偏振状态答案B10.在调Q激光器中，Q开关的作用是：A.控制激光器输出的偏振方向B.改变激光的波长C.在泵浦期间降低谐振腔品质因数，积累反转粒子数，然后突然增大Q值产生巨脉冲D.稳定激光输出频率答案C二、填空题（每空1分，共15分）1.激光产生的三个基本条件是：存在工作物质、泵浦源和谐振腔。2.爱因斯坦在辐射理论中提出了三个系数，分别是自发辐射系数A21、受激辐射系数B21和受激吸收系数3.均匀加宽的主要机制包括自然加宽、碰撞加宽和晶格振动加宽。4.共焦腔的腔长L与镜面曲率半径R满足关系L=R，其稳定性参数5.高斯光束的q参数定义为1q(z)=1R(z6.激光器输出功率随泵浦功率的变化曲线上，泵浦功率的阈值是产生激光振荡的必要条件。7.在非均匀加宽激光器中，可能出现烧孔效应，即增益曲线在某一频率处被消耗而凹陷。8.调Q技术中常用的有源Q开关包括电光调Q和声光调Q。9.激光器的纵模频率间隔Δνq=c2三、简答题（每题6分，共30分）1.简述激光与普通光源相比的主要特点。答案(1)方向性好，激光束的发散角极小；(2)单色性好，谱线宽度极窄；(3)相干性好，具有极好的时间和空间相干性；(4)亮度高，能量密度极大。2.什么是谐振腔的稳定性条件？写出用g参数表示的稳定性判据，并说明稳定腔、临界腔和非稳定腔的特点。答案稳定性条件（对共轴球面腔）：0<g1g2<1，其中gi=1−L/3.简述均匀加宽与非均匀加宽的区别，并各举一个例子。答案均匀加宽：每个发光粒子对谱线内任一频率的发射（吸收）都有贡献，且贡献相同，谱线线型由所有粒子集体决定。如自然加宽、碰撞加宽。非均匀加宽：不同粒子发射（吸收）的中心频率不同，谱线是各个粒子发射谱线的包络。如多普勒加宽（气体激光器）、晶格缺陷加宽（固体激光器）。主要区别：均匀加宽在增益饱和时出现整体下降，而非均匀加宽会出现局部烧孔。4.解释激光器的横模和纵模，并说明它们分别由什么因素决定。答案纵模：沿谐振腔轴线方向的光场驻波分布，由腔长决定的谐振频率决定，频率间隔Δνq=5.什么是高斯光束的腰斑？写出高斯光束的腰斑半径w0与共焦参数f答案高斯光束的腰斑是指光束截面最小的位置处的光斑半径，通常记为w0。共焦参数f（或瑞利长度zR）定义为f=四、计算题（每题10分，共20分）1.某He-Ne激光器谐振腔腔长L=30 cm，工作物质折射率n=1，两反射镜的反射率分别为答案阈值条件：增益等于总损耗。总单程损耗由反射镜透射损耗和内部损耗组成。反射镜的单程损耗：am=−12Lln(r1r2)。腔内单程平均损耗因子α解析也可以使用反射率定义等效损耗，注意单位统一。2.已知某高斯光束的腰斑半径w0=0.5 mm，波长λ=632.8答案共焦参数z0=πw02/λ=π×(0.5五、论述题（15分）1.试述激光器的速率方程理论在描述激光器工作特性中的作用，并以三能级系统为例，写出速率方程的基本形式，解释各符号的含义，并简要说明如何利用速率方程推导连续激光器的阈值条件。答案速率方程理论是分析激光器动力学过程的重要工具，通过描述各个能级上粒子数密度随时间的变化以及腔内光子数密度（光强）的变化，可以研究包括粒子数反转、增益、阈值、输出功率、驰豫振荡、调Q、锁模等瞬态和稳态特性。其核心是爱因斯坦受激辐射、自发辐射和受激吸收概念与泵浦过程的结合。以三能级系统（如红宝石激光器）为例，能级1为基态，能级2为激光上能级（亚稳态），能级3为泵浦能级（寿命极短）。设各能级粒子数密度分别为n1、n2、n3，总粒子数nddd光子数密度Nν或能量密度ρd其中Wp为泵浦速率，τ3为能级3寿命，τ2