激光技术考试题及答案

激光技术考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.世界上第一台激光器由哪位科学家于1960年研制成功？A.爱因斯坦B.梅曼（Maiman）C.汤斯（Townes）D.肖洛（Schawlow）答案B解析梅曼于1960年研制出第一台红宝石激光器。爱因斯坦提出受激辐射理论，汤斯和肖洛在微波激射器方面有贡献。2.激光产生的必要条件包括粒子数反转、光学谐振腔和（）。A.泵浦系统B.冷却系统C.反馈系统D.输出镜答案A解析泵浦系统为激光器提供能量，使工作物质实现粒子数反转，是激光产生的三大条件之一。3.He-Ne激光器的典型输出波长为（）。A.632.8nmB.514.5nmC.1064nmD.10.6μm答案A解析He-Ne激光器最常用的谱线是632.8nm（红光）。514.5nm为Ar+激光器谱线，1064nm为Nd:YAG激光器谱线，10.6μm为CO2激光器谱线。4.激光的横模通常用（）符号表示。A.TEM​B.TEM​C.TEM​D.TEM答案B解析横模用TEM​mn表示，其中m、n为横模阶数。纵模则涉及5.某激光脉冲能量为100mJ，脉冲宽度为10ns，则该脉冲的峰值功率约为（）。A.10MWB.1MWC.10kWD.1kW答案A解析P=6.调Q技术实现短脉冲激光输出的核心是通过控制谐振腔的（）。A.长度B.折射率C.品质因数QD.增益系数答案C解析调Q通过改变谐振腔的损耗（即Q值）使激光能量在短时间内释放，形成巨脉冲。7.下列激光器中输出波长最短的是（）。A.CO2激光器B.He-Ne激光器C.Nd:YAG激光器D.Ar+激光器答案D解析CO2激光器波长10.6μm，He-Ne为632.8nm，Nd:YAG为1064nm，Ar+常见488nm（蓝绿光）和514.5nm，波长更短。8.光纤激光器的增益介质通常是（）。A.掺杂稀土离子的光纤B.普通通信光纤C.半导体晶体D.气体答案A解析光纤激光器使用掺有Yb、Er、Tm等稀土元素的光纤作为增益介质。9.激光器实现稳定振荡的阈值条件是（）。A.增益系数等于总损耗系数B.增益系数大于总损耗系数C.增益系数小于总损耗系数D.增益系数与损耗系数无关答案A解析阈值条件为G=10.激光的远场发散角（光束宽度）主要取决于（）。A.激光波长和束腰半径B.输出功率C.工作物质种类D.泵浦方式答案A解析基模高斯光束的发散角θ≈λ/(π二、填空题（每题2分，共20分）1.爱因斯坦于1917年提出受激辐射理论，揭示了光与物质相互作用的三个过程：自发辐射、受激辐射和（受激吸收）。2.激光的三个基本特性是高亮度、高方向性和（高相干性）。3.谐振腔的稳定性条件为0≤g1g2≤14.激光器纵模间隔公式为Δν=c2nL，其中5.Nd:YAG晶体发射激光的典型波长为（1064）nm。6.激光调Q技术中，常用的主动调Q器件包括（电光开关）和声光开关。7.锁模激光器可直接产生的脉冲宽度可达（飞秒）量级。8.激光倍频技术基于晶体的（非线性）效应产生二次谐波。9.激光器的泵浦方式主要分为（光泵浦）和电泵浦两种。10.激光模式选择主要包括选横模和（选纵模）两方面。三、名词解释（每题4分，共20分）1.受激辐射答案处于高能级的原子在频率满足条件的外来光场激发下，跃迁到低能级并辐射一个与外来光子完全相同的光子的过程。这是激光产生的核心机理。2.粒子数反转答案在激光工作物质中，高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数，使得受激辐射占主导，从而实现光放大的非平衡状态。3.光学谐振腔答案由两个或多个反射镜按一定方式构成的光学腔体，用于提供光反馈、限制激光模式、延长增益介质中的光子寿命，是激光器的基本组成部分。4.品质因数（Q值）答案描述谐振腔储能与损耗之间关系的参数，定义为Q=5.锁模答案通过强制激光器各纵模之间的相位固定，使各模式相干叠加，从而输出超短脉冲（皮秒至飞秒级）的一种技术。四、简答题（每题5分，共20分）1.简述激光产生的三个必要条件。答案①工作物质具有合适的能级结构，能够实现粒子数反转；②泵浦系统提供能量，将粒子从低能级抽运到高能级，建立粒子数反转；③光学谐振腔提供正反馈，使受激辐射不断放大并形成稳定振荡。2.什么是弛豫振荡？简述其产生原因。答案弛豫振荡是指激光器在接通泵浦后，输出功率围绕稳态值呈现阻尼振荡的现象。产生原因是激光建立过程中，光子数和反转粒子数相互作用：当反转数超过阈值时，光子数急剧增加，大量消耗反转粒子数；反转数降低到阈值以下时输出减弱，随后泵浦继续积累反转数，重复循环，逐渐趋于稳定。3.比较连续激光器与脉冲激光器的区别。答案连续激光器以恒定功率连续输出，适用于稳定的光斑和干涉测量等场合；脉冲激光器在极短时间内释放高能量，峰值功率极高，广泛用于激光加工、测距、医疗等需要瞬时强能量的应用。两者的工作方式、泵浦形式、热管理及输出特性均有显著差异。4.什么是激光的模式？横模与纵模有何区别？答案激光模式指谐振腔内电磁场允许存在的空间分布和频率状态。纵模决定激光的中心频率、纵模间隔和相干长度，由腔长决定；横模描述光场在垂直于传播方向截面上的分布（如TEM​00五、计算题（每题10分，共20分）1.一He-Ne激光器谐振腔长L=30 cm，两反射镜的曲率半径分别为R（1）谐振腔的g1、g（2）纵模间隔Δν（腔内折射率n答案（1）g1=1−LR1（2）Δν2.一台Nd:YAG调