激光技术考试题目及答案

激光技术考试题目及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.激光产生的必要条件是？A.粒子数反转B.谐振腔C.泵浦源D.以上都是答案D2.下列哪个不是激光的特性？A.高方向性B.高亮度C.高相干性D.高分散性答案D3.He-Ne激光器典型输出波长为？A.632.8nmB.694.3nmC.1064nmD.488nm答案A4.稳定谐振腔的条件是？A.0B.gC.gD.g答案A5.激光器达到阈值时，增益系数与损耗系数之间的关系是？A.增益系数等于损耗系数B.增益系数大于损耗系数C.增益系数小于损耗系数D.增益系数为零答案A6.高斯光束的束腰半径w0越大，其远场发散角θA.越小B.越大C.不变D.不确定答案A7.调Q技术的主要目的是？A.实现窄线宽输出B.实现高重频输出C.获得巨脉冲D.获得连续输出答案C8.锁模激光器输出的脉冲宽度通常由什么决定？A.腔长B.增益线宽C.泵浦功率D.输出镜反射率答案B9.光纤激光器按工作物质分类属于？A.气体激光器B.固体激光器C.半导体激光器D.染料激光器答案B10.受激辐射产生需要满足的条件是？A.粒子数反转B.入射光子能量等于能级差C.谐振腔提供正反馈D.以上都是答案D二、填空题（每空1分，共15分）1.激光的英文名称是________。答案LASER(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)2.激光器由______、____和______三部分构成。答案工作物质（增益介质）、泵浦源（激励源）、谐振腔3.实现粒子数反转需要外界______和具有______的工作物质。答案泵浦（激励）、亚稳态能级（或合适的能级结构）4.平凹腔的稳定性条件为g1答案05.高斯光束的束腰半径w0与远场发散角θ答案θ6.调Q技术可产生______，锁模技术可产生______。答案巨脉冲（高峰值功率脉冲）、超短脉冲（皮秒/飞秒量级）7.He-Ne激光器的工作物质是______和______的混合气体。答案氦、氖8.红宝石激光器中的激活粒子是________。答案Cr​9.半导体激光器常用的泵浦方式是________。答案电注入（电流注入）10.激光的三大特性是______、____和______。答案方向性好、亮度高、相干性好三、简答题（每题5分，共25分）1.简述激光产生的基本原理。答案激光产生的核心原理是基于受激辐射。首先，通过泵浦源（光泵浦或电泵浦等）将工作物质中的粒子从低能级抽运到高能级，使高能级粒子数超过低能级粒子数，实现粒子数反转。然后，当入射光子能量等于高、低能级之差时，该光子会诱发高能级粒子向低能级跃迁，产生一个完全相同的光子（同频率、同相位、同偏振、同传播方向），即受激辐射。谐振腔提供光学正反馈，使受激辐射在腔内多次往返并不断被放大，当增益超过损耗时，形成稳定的激光输出。2.什么是谐振腔的稳定性？如何判断一个腔是否稳定？答案谐振腔的稳定性是指腔内的光线（或模式）在多次往返传播后不会逸出腔外，即能够被限制在腔内的特性。对于由两个球面镜（曲率半径分别为R1、R2，腔长为L）组成的共轴球面腔，定义g1=1−LR1，g2=3.解释q参数及其在高斯光束传播中的作用。答案q参数是描述高斯光束传播的重要复参数，定义为1q(z)=1R(z)−4.简述调Q技术的基本原理和常用方法。答案调Q技术是一种压缩脉冲宽度、获得高峰值功率脉冲的激光技术。其基本原理是在激光器泵浦初期，通过控制腔内损耗（Q值）使其处于低Q（高损耗）状态，阻止激光振荡，从而让上能级积累大量反转粒子数。当反转粒子数达到最大值时，迅速将Q开关打开（损耗降低至高Q值），此时腔内增益远大于损耗，短时间内大量反转粒子跃迁，形成极强的高峰值功率脉冲（巨脉冲）。常用方法包括电光调Q、声光调Q和可饱和吸收体调Q。5.什么是锁模技术？实现锁模的方法有哪些？答案锁模技术是使激光器内各纵模之间保持固定的相位关系，从而获得超短脉冲（皮秒、飞秒量级）的一种技术。当所有纵模的电场叠加时，由于相位锁定，会出现周期性高强度脉冲输出。实现锁模的主要方法有：主动锁模（利用调制器周期性地调制腔损耗或相位，如声光调制器、电光调制器）、被动锁模（利用非线性可饱和吸收体或克尔效应等）、以及同步泵浦锁模等。四、计算题（每题10分，共40分）1.一光学谐振腔由两个凹球面镜组成，曲率半径分别为R1=1 m答案计算g1=1−LR1=1−0.61.0=0.4，g2=1−L解析稳定性判断依据0<2.一He-Ne激光器输出波长为632.8 nm，束腰半径w0=0.5答案瑞利长度zR=πw02λ代入数值：w解析瑞利长度是束腰到光斑面积增大到两倍处的距离，发散角反映光束的远场扩展程度。3.某激光器工作物质的小信号增益系数为g0=0.05 cm−1答案设全反镜反射率R1=1，输出镜反射率R2=1−T=0.9。阈值条件为增益系数解析阈值增益是使激光器起动的最小增益，实际增益必须至少达到此值。这里内部损耗和输出