激光原理考试试题及答案

激光原理考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.激光器中，产生激光的前提条件是实现粒子数反转。粒子数反转是指：A.高能级粒子数大于低能级粒子数B.低能级粒子数大于高能级粒子数C.总粒子数等于零D.各能级粒子数相等答案A2.在激光器中，光学谐振腔的主要作用不包括：A.提供正反馈B.模式选择C.增大增益介质的长度D.决定激光的输出方向性答案C3.下列关于受激辐射的描述，错误的是：A.受激辐射产生的光子与入射光子具有相同的频率、相位和偏振态B.受激辐射是激光产生的物理基础C.受激辐射的概率与入射光强无关D.受激辐射使光得到放大答案C4.共焦腔的g参数满足：A.gB.gC.gD.g答案B5.高斯光束的腰斑半径w0与远场发散角θA.θB.θC.θD.θ答案C6.调Q技术的主要目的是：A.提高激光的单色性B.压缩激光脉冲宽度，提高峰值功率C.改善激光的相干性D.实现连续输出答案B7.三能级系统与四能级系统相比，通常需要更高的泵浦功率，其原因是：A.三能级系统激光下能级为基态，需要将半数以上粒子泵浦到上能级B.三能级系统增益系数更低C.三能级系统自发辐射寿命更长D.三能级系统损耗更大答案A8.氦氖激光器中，氦气的主要作用是：A.产生激光B.通过碰撞将能量转移给氖原子C.作为增益介质D.抑制自发辐射答案B9.对于一个稳定谐振腔，其g参数应满足：A.0B.gC.gD.g答案A10.锁模激光器输出的光脉冲序列，其脉冲间隔等于：A.腔长的两倍除以光速B.腔长除以光速C.两倍腔长除以光速D.光速乘以腔长答案C二、填空题（每空1分，共10分）1.激光的三个基本特性是方向性好、单色性好和相干性好。答案相干性2.自发辐射的爱因斯坦系数为A21，受激辐射的爱因斯坦系数为B21，两者关系为答案83.谐振腔的稳定性条件为0<g1g2答案g4.均匀加宽线型函数的线宽（半高全宽）为ΔνH，其最大值出现在中心频率答案Δ5.激光器的阈值条件是增益系数G等于损耗系数α（包括往返损耗）。答案损耗系数6.高斯光束的基模TEM00答案高斯7.Q开关技术中，Q值定义为谐振腔的储能与每周期损耗能量之比。答案储能8.激光器中，实现纵模选择的方法之一是使用F-P标准具。答案F-P标准具（或法布里-珀罗标准具）9.半导体激光器常用的泵浦方式是电注入（或电流注入）。答案电注入10.锁模激光器要求各纵模之间有固定的相位关系。答案相位关系三、简答题（每题10分，共30分）1.简述激光产生的必要条件。答案（1）存在能够实现粒子数反转的增益介质（工作物质）；（2）有适当的激励（泵浦）源，将粒子从低能级抽运到高能级；（3）有一个光学谐振腔，提供正反馈并实现模式选择。2.什么是激光器的线宽极限？它与哪些因素有关？答案激光器的线宽极限是指由于自发辐射引起的激光线宽，是激光频率稳定性的理论极限。自发辐射的随机相位导致输出激光的谱线具有一定的宽度。线宽极限Δνc与谐振腔的品质因数3.说明均匀加宽和非均匀加宽的主要区别，并各举一例。答案均匀加宽：每个粒子的谱线宽度相同，且均包含整个线型，如自然加宽、碰撞加宽。非均匀加宽：不同粒子的中心频率不同，总体线型是各个粒子线型的包络，如多普勒加宽、晶格缺陷加宽。四、计算题（每题10分，共40分）1.某He-Ne激光器发出λ=632.8 nm的激光，若腔长答案相邻纵模频率间隔Δν=c2L=3×10解析纵模间隔公式c/2.有一对称共焦腔，腔长L=1 m，波长λ=10.6 μm答案对称共焦腔R1=R2=L，基模腰斑半径解析共焦腔基模腰斑公式w0=λL/3.某均匀加宽激光器，小信号增益系数G0=0.1 cm−1（1）阈值增益系数Gt（2）该激光器能否起振？若能，求稳定工作时的增益系数G。答案（1）阈值增益系数Gt=αl=（2）G0=0.1解析阈值条件为小信号增益系数等于损耗，稳定工作时增益系数被饱和至阈值。4.四能级激光器，