激光技术笔试题及答案

激光技术笔试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.激光的英文“LASER”最早是指下列哪种物理过程？A.受激辐射的光放大B.自发辐射的光放大C.受激吸收的光放大D.相干辐射的光放大答案A2.产生激光的必要条件不包括：A.粒子数反转B.光学谐振腔C.泵浦源D.工作物质具有三能级结构答案D解析产生激光需要粒子数反转、光学谐振腔和泵浦源。工作物质可以是二能级、三能级或四能级，但二能级不易实现连续激光，并非必要条件。3.在光学谐振腔中，满足谐振条件的频率为（设腔长为L，介质折射率为n）：A.νB.νC.νD.ν答案A解析纵模频率间隔Δν=c/(4.下列哪种激光器通常工作在可见光波段？A.CO₂激光器（10.6μm）B.Nd:YAG激光器（1.064μm）C.He-Ne激光器（632.8nm）D.半导体激光器（常见808nm、980nm等）答案C5.激光器输出光束的发散角主要取决于：A.输出功率B.谐振腔结构及工作物质折射率C.泵浦功率D.工作温度答案B6.线偏振光通过四分之一波片后，一般变为：A.线偏振光B.圆偏振光C.椭圆偏振光D.自然光答案C解析当线偏振光的振动方向与波片快轴成45∘7.调Q技术的目的是：A.改变激光频率B.获得窄脉宽高峰值功率脉冲C.改善光束质量D.实现单纵模输出答案B8.激光的横模标记TEM​mn中，m、A.光斑在x、y方向上的节线数目B.纵模序数C.偏振方向D.光学谐振腔的菲涅耳数答案A9.下列哪种效应可用于激光测距？A.光电效应B.克尔效应C.飞行时间法（脉冲反射）D.塞曼效应答案C10.激光加工中，光斑尺寸越小，通常：A.加工精度越高，热影响区越小B.加工速度越快，热影响区越大C.只影响深度，不影响精度D.精度与光斑尺寸无关答案A二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、错选不得分，少选得1分）1.下列属于激光特性的有：A.高方向性B.高单色性C.高相干性D.高亮度答案ABCD2.光学谐振腔的作用包括：A.提供轴向光反馈B.限制振荡模式（选模）C.控制输出光束方向D.增加输出功率无限增大答案ABC解析谐振腔选择频率和方向，但输出功率受增益饱和限制，不能无限增大。3.常见的激光泵浦方式有：A.光泵浦（如闪光灯、激光二极管）B.电泵浦（如气体放电、半导体注入）C.化学泵浦（化学反应释能）D.核泵浦（核反应能量）答案ABCD4.下列因素会影响激光器输出波长的有：A.工作物质能级结构B.谐振腔纵模选择C.工作温度D.泵浦功率大小（阈值以上）答案ABC解析泵浦功率在阈值以上仅改变输出功率，不改变中心波长；但温度变化会使增益曲线漂移，从而可能改变输出波长。5.激光安全防护中，对人眼危害最大的激光波长范围是：A.紫外（200–400nm）B.可见光（400–700nm）C.近红外（700–1400nm）D.中远红外（>1400nm）答案BC解析可见与近红外激光可透过角膜聚焦于视网膜，造成严重损伤；紫外和中远红外主要损伤角膜，危险性相对较低。三、判断题（每题1分，共10分。正确画“√”，错误画“×”）1.自发辐射产生的光是非相干的。答案√2.在均匀加宽激光器中，所有粒子具有相同的中心频率和线型。答案√3.四能级系统比三能级系统更容易实现粒子数反转。答案√解析四能级系统下能级为激发态，常温下粒子数极少，容易形成反转。4.He-Ne激光器属于四能级系统。答案√5.激光器的纵模间隔与腔长成正比。答案×解析纵模间隔Δν6.激光通过光纤传输时，单模光纤的色散比多模光纤小。答案√7.Q开关打开的时刻越晚，输出的巨脉冲峰值功率越高。答案×解析最佳开关时刻应使反转粒子数积累到最大，过晚则可能因自发辐射消耗粒子数而降低峰值。8.增益介质中，增益系数G与光强I的关系可表示为G=G0答案√9.激光二极管（LD）是相干光源，LED是非相干光源。答案√10.在激光干涉测量中，所用激光的相干长度越大，可测量的最大距离越大。答案√四、填空题（每空1分，共15分）1.激光的英文全称是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation。2.光子的能量E与频率ν的关系为E=hν，其中h3.典型He-Ne激光器发出的激光波长约为632.8nm（填数值和单位）。4.激光器的三个基本组成部分是工作物质、泵浦源和光学谐振腔。5.Q值的定义为Q=2πν⋅储存在腔内的能量每秒损耗的能量6.调Q技术中常用的一种快开关是电光开关（如普克尔盒）或声光开关。7.基模高斯光束的束腰半径w0与发散角θ的关系为θ8.激光切割中，辅助气体通常为氧气（用于氧化放热）、氮气（用于防止氧化）或空气。9.安全标准中，激光器按危害程度分为4个等级。五、简答题（每题6分，共30分）1.简述受激辐射与自发辐射的主要区别。答案(1)自发辐射是在无外界作用下，高能级粒子自发跃迁到低能级并辐射光子，光子相位、方向、偏振随机，是非相干光。(2)受激辐射是在外来光子的诱导下，高能级粒子跃迁到低能级并辐射光子，辐射光子与外来光子具有相同的频率、相位、方向和偏振，是相干光，且光强得到放大。2.什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？答案粒子数反转是指在工作物质的高能级粒子数密度大于低能级粒子数密度的非热平衡状态。实现粒子数反转需要：(1)合适的工作物质（具有亚稳态能级）；(2)有效的泵浦源（光泵浦、电泵浦等）将粒子从低能级抽运到高能级；(3)粒子在亚稳态积累，形成反转分布。3.简要说明激光纵模和横模的物理意义。答案(1)纵模：沿谐振腔轴线方向形成的驻波模式，对应不同的谐振频率，描述光场的纵向分布。纵模间隔由腔长决定。(2)横模：垂直于腔轴方向的光场分布，描述光斑的横向形状和强度分布，常用TEM​mn表示（m、n为节线数）。基模TEM4.写出均匀加宽激光器输出光强I随频率ν变化的表达式（兰姆凹陷附近），并说明兰姆凹陷的形成原因。答案表达式（简单形式）：I(ν)∝G5.列举三种激光在工业加工中的应用，并简要说明原理。答案(1)激光切割：利用聚焦高功率激光束照射工件，使材料熔化或汽化，配合辅助气体吹除熔渣，形成切缝。(2)激光焊接：激光束使材料局部熔化并凝固连接，热影响区小，可焊接精密零件。(3)激光打标：通过高能量密度激光在材料表面烧蚀或变色，形成永久标记，常用于二维码、生产日期等。六、计算题（10分）1.一台He-Ne激光器，腔长L=30 cm，工作物质折射率n=(1)计算纵模间隔Δν(2)估算该激光器可能输出的纵模数目（假设所有纵模均在增益线宽内起振）；(3)若想获得单纵模输出，可采取何种措施（列举两种）。解：(1)纵模间隔Δ(2)可能