激光原理及应用试卷及答案

激光原理及应用试卷及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.激光产生的必要条件是（）A.受激辐射、粒子数反转、光学谐振腔B.自发辐射、粒子数反转、光学谐振腔C.受激辐射、粒子数减少、光学谐振腔D.自发辐射、粒子数减少、光学谐振腔答案A2.在激光器中，通常采用何种方式实现粒子数反转？（）A.光泵浦或电泵浦B.热泵浦C.机械泵浦D.声泵浦答案A3.下列哪一项是激光与普通光源的主要区别？（）A.方向性好、单色性好、相干性好、亮度高B.亮度高、方向性好、谱线宽、相干性好C.单色性好、相干性好、亮度低、方向性好D.方向性好、亮度低、相干性好、谱线窄答案A4.在谐振腔中，激光模式通常用哪两个指标描述？（）A.纵模和横模B.基模和高阶模C.TEM和TM模D.驻波和行波答案A5.高斯光束的束腰半径与下列哪个因素有关？（）A.激光波长和透镜焦距B.谐振腔长度和反射镜曲率半径C.增益介质的长度D.泵浦功率答案B6.调Q技术的主要目的是（）A.压缩脉冲宽度，提高峰值功率B.提高激光的相干性C.改善激光的光束质量D.扩展激光的波长范围答案A7.锁模激光器输出的脉冲串的重复频率等于（）A.光在谐振腔内往返一次的时间倒数B.泵浦重复频率C.增益介质的弛豫频率D.调制器的调制频率答案A8.He-Ne激光器通常发射（）A.632.8nm的红光B.488nm的蓝光C.1064nm的红外光D.514nm的绿光答案A9.半导体激光器的泵浦方式是（）A.光泵浦B.电泵浦C.气动泵浦D.热泵浦答案B10.下列哪项不是激光在工业加工中的应用？（）A.激光切割B.激光焊接C.激光手术D.激光雷达答案C二、填空题（每空2分，共20分）11.受激辐射的特点是辐射光与入射光具有相同的____、__、__和____。答案频率、相位、偏振方向、传播方向12.能级寿命是指粒子在______上停留的平均时间。答案激发态13.谐振腔的稳定性条件为______。答案0≤(1−L14.激光器的三个基本组成部分是____、__和____。答案增益介质、泵浦源、光学谐振腔15.红宝石激光器属于______能级系统。答案三能级16.高斯光束的远场发散角θ与束腰半径w0的关系为$\theta=\frac{_______}{\piw_0}$答案λ17.电光调Q是利用晶体的______效应实现Q值突变。答案电光18.主动锁模通常采用____调制或____调制。答案振幅（或强度）、相位（或频率）三、简答题（每题5分，共20分）19.简述激光产生的条件。答案激光产生的必要条件包括：(1)实现粒子数反转的增益介质；(2)提供光反馈的谐振腔；(3)满足阈值条件，即增益大于损耗。其中受激辐射是核心机制，粒子数反转是实现受激辐射占优的前提。20.指出纵模和横模的区别。答案纵模表征沿谐振腔轴线方向的光场模式，由驻波条件决定，对应不同的振荡频率；横模表征垂直于轴线方向的光场分布，由谐振腔衍射决定，对应不同的光斑横截面强度分布。纵模主要影响激光的频谱特性，横模主要影响激光的光束质量。21.简述调Q激光器的基本原理。答案调Q技术通过在谐振腔中插入可调变的损耗元件，在泵浦初期使腔处于低Q值（高损耗）状态，抑制激光振荡，从而积累大量粒子数反转；当反转粒子数达到最大时，迅速将Q值变为高Q（低损耗），形成巨脉冲输出。由此获得窄脉宽（纳秒量级）和高峰值功率的激光脉冲。22.高斯光束经薄透镜聚焦后，束腰位置和大小如何计算？答案设入射高斯光束的束腰半径为w0，束腰到透镜距离为l，透镜焦距为f，则聚焦后的束腰半径w0′wl当l=f时，束腰位于透镜后焦面，四、计算题（每题10分，共40分）23.某He-Ne激光器输出波长λ=632.8nm，谐振腔长L=30cm，反射镜的反射率分别为(1)纵模频率间隔Δν(2)激光器的阈值增益系数gt答案(1)纵模频率间隔Δν=c2nL，其中Δ(2)阈值增益系数满足gtg计算ln(0.9405)24.一个Nd:YAG激光器，输出1064nm激光，使用电光调Q，平均输出功率10W，重复频率100Hz，脉冲宽度（FWHM）10ns。求：(1)单脉冲能量；(2)峰值功率。答案(1)单脉冲能量E(2)脉冲峰值功率PpeaP25.一对称共焦腔，腔长L=1m，激光波长(1)基模高斯光束的束腰半径w0(2)镜面处的光斑半径ws答案对称共焦腔满足R1=Rw镜面处光斑半径ws=2w0解析：共焦腔镜面处等相位面曲率半径等于腔长，光斑尺寸为束腰的2倍。26.某激光器工作物质为四能级系统，其激光上能级寿命τ2=200μs，下能级寿命τ1=10ns，中心频率发射截面(1)小信号增益系数g0表达式（设Δ(2)当泵浦速率达到阈值时的Rp值（设增益介质长度l=10cm，腔长L答案(1)小信号增益系数g0=σΔn(2)首先由阈值