激光原理復(fù)習(xí)題重點(diǎn)難點(diǎn)

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載激光原理復(fù)習(xí)第一部分知識(shí)點(diǎn)第一章激光的基本原理1、自發(fā)輻射受激輻射受激吸收的概念及相互關(guān)系2、 激光器的主要組成部分有哪些？各個(gè)部分的基本作用。 激光器有哪些類型？如何對(duì)激光器進(jìn)行分類。3、什么是光波模式和光子狀態(tài)？光波模式、光子狀態(tài)和光子的相格空間是同一概念嗎？何謂光子的簡并度？4、如何理解光的相干性？何謂相干時(shí)間，相干長度？如何理解激光的空間相干性與方向性，如何理解激光的時(shí)間相干性？如何理解激光的相干光強(qiáng)？5、 EINSTEIN 系數(shù)和 EINSTEIN 關(guān)系的物理意義是什么？如何推導(dǎo)出 EINSTEIN 關(guān)系？4、產(chǎn)生激光的必要條件是什么？熱平衡時(shí)粒子數(shù)的分布規(guī)律是什么？

2、5、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？6、如何定義激光增益，什么是小信號(hào)增益？什么是增益飽和？7、什么是自激振蕩？產(chǎn)生激光振蕩的基本條件是什么？8、如何理解激光橫模、縱模？第二章開放式光腔與高斯光束1、描述激光諧振腔和激光鏡片的類型？什么是諧振腔的諧振條件？2、如何計(jì)算縱模的頻率、縱模間隔？3、如何理解無源諧振腔的損耗和 Q 值？在激光諧振腔中有哪些損耗因素？什么是腔的菲涅耳數(shù)，它與腔的損耗有什么關(guān)系？4、寫出（ 1）光束在自由空間的傳播； （2）薄透鏡變換；（ 3）凹面鏡反射5、什么是激光諧振腔的穩(wěn)定性條件？6、什么是自再現(xiàn)模，自再現(xiàn)模是如何形成的？7、畫出圓形鏡諧振腔和方形鏡諧振腔前幾

3、個(gè)模式的光場分布圖，并說明意義8、基模高斯光束的主要參量：束腰光斑的大小，束腰光斑的位置，鏡面上光斑的大??？任意位置激光光斑的大??？等相位面曲率半徑， 光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角， 模體積9、如何理解一般穩(wěn)定球面腔與共焦腔的等價(jià)性？如何計(jì)算一般穩(wěn)定球面腔中高斯光束的特征10、高斯光束的特征參數(shù)？q 參數(shù)的定義？11、如何用 ABCD 方法來變換高斯光束？12、非穩(wěn)定腔與穩(wěn)定腔的區(qū)別是什么？判斷哪些是非穩(wěn)定腔。第三章電磁場與物質(zhì)的共振相互作用1、什么是譜線加寬？有哪些加寬的類型，它們的特點(diǎn)是什么？如何定義線寬和線型函數(shù)？什么是均勻加寬和非均勻加寬？它們各自的線型函數(shù)是什么？2、自然加寬、碰撞加寬和多普勒加

4、寬的線寬與哪些因素有關(guān)？3、光學(xué)躍遷的速率方程，并考慮連續(xù)譜和單色譜光場與物質(zhì)的作用和工作物質(zhì)的線型函數(shù)。4、畫出激光三能級(jí)和四能級(jí)系統(tǒng)圖，描述相關(guān)能級(jí)粒子的激發(fā)和去激發(fā)過程。建立相應(yīng)能級(jí)系統(tǒng)的速率方程。5、說明均勻加寬和非均勻加寬工作物質(zhì)中增益飽和的機(jī)理。6、描述非均勻加寬工作物質(zhì)中增益飽和的“燒孔效應(yīng)”，并說明它們的原理。學(xué)習(xí)必備歡迎下載第五章激光振蕩特性1、連續(xù)和脈沖激光器工作的閾值條件， 輸出功率或能量，輸出光波的波形（討論馳豫脈沖形成的過程） ，分析激光器內(nèi)的模式競爭過程。2、解釋模式競爭效應(yīng)和橫模及縱模的空間燒孔效應(yīng)。3、說明蘭姆凹陷的形成過程。4、激光譜線的線寬極限5、激光器的頻

5、率牽引效應(yīng)第六章激光放大特性1、常見激光放大器的種類及工作特點(diǎn)2、放大的自發(fā)輻射第七章激光特性的控制與改善1、為什么對(duì)激光的特性進(jìn)行控制和改善，常見的有那些方法？2、如何選擇橫?；蚩v模，分別有哪些方法3、說明穩(wěn)頻的原理及常見的穩(wěn)頻方法4、分析調(diào) Q 的原理、方法及目的5、注入鎖定的目的如何，怎樣實(shí)現(xiàn)的6、鎖模的目的和方法第九章：常見激光器及其特點(diǎn)He-Ne、Nd-YAG、紅寶石、鈦寶石、 N2 激光器等的發(fā)光物質(zhì)，出光波長及激勵(lì)方法和特點(diǎn)。第二部分復(fù)習(xí)題1、TEM00模式的激光光束垂直入射到完全吸收的介質(zhì)平面。平面中央處有半徑為a 的小孔，求該平面對(duì)入射的 TEM00模的透過率，并計(jì)算出當(dāng)小孔

6、半徑正好等于該處基模光斑半徑時(shí)的透射率值。（基模高斯光束基模光斑的光強(qiáng)分布函數(shù)22 r22( z)I00(r , , z)I020e），選基橫模的條件（光闌的大小和位置）(z)2、共焦腔氦氖激光器的輸出波長為0.6328 m，L 30cm 求：基橫模的遠(yuǎn)場發(fā)散角。 5m 處的光斑直徑。（10 分）3、 有一平凹氦氖激光器，腔長0.5m，凹鏡曲率半徑為 2m，現(xiàn)用小孔光闌選出TEM00模，試求光闌放于緊靠平面鏡和緊靠凹而鏡處兩種情況下小孔直徑各為多少?( 對(duì)于氦氖激光器， 當(dāng)小孔光闌的直徑約等于基模半徑的33 倍時(shí)，可選出基橫模。 )4、 氬離子激光器的中心波長是0.5145 m，譜線寬度是 =

7、6108Hz, 若諧振腔的長度為 0.5 米，求可能輸出的縱模數(shù)及相應(yīng)的頻率值。 （激光器的輸出橫模與縱模數(shù)目）5、 今有一球面腔， R1 1.5 米， R2-1 米， L 80 厘米試證明該腔為穩(wěn)定腔；求出它的等價(jià)共焦腔的參數(shù)，在圖上畫出等價(jià)共焦腔的具體位置。6、 作一個(gè)腔長為 50cm 的對(duì)稱穩(wěn)定腔，試確定反射鏡曲率半徑的取值范圍。7、 試求平凹、雙凹、凹凸共軸球面鏡腔的穩(wěn)定性條件。8、 已知二氧化碳激光諧振腔由曲個(gè)凹面鏡構(gòu)成，R1 l m ，R2 2m，L0. 5m 如何選擇高斯束腰斑的大小和位置才能使它成為該諧振腔中的自再現(xiàn)光束?9、激光工作物質(zhì)是釹玻璃，其熒光線覽F24.0nm，折射

8、率 150，能用短腔選單縱模嗎 ?10 紅寶石激光器中， Cr3+ 粒子數(shù)密度差n = 6 1016/cm3, 波長 =694.3nm, 自發(fā)輻射壽命學(xué)習(xí)必備歡迎下載s = 3 10-3s, 折射率 1.76。僅考慮自然加寬效果,上下能級(jí)簡并度為1。試求 (1) 該激光器自發(fā)輻射系數(shù)A21;(2)線型峰值g0;(3)中心頻率處小信號(hào)增益系數(shù)g0 ;(4)中心頻率處飽和增益系數(shù)g11 一束 Ar+ 高斯激光束， 束腰半徑為0.41mm ，束腰位置恰好在凸透鏡前表面上，激光輸出功率為 400w ( 指有效截面內(nèi)的功率)，透鏡焦距為 10mm，計(jì)算 Ar+ 激光束經(jīng)透鏡聚焦后，焦點(diǎn)處光斑有效截面內(nèi)的

9、平均功率密度。(Ar+ 激光波長514.5nm)2、光子具有自旋，并且其自旋量子數(shù)為整數(shù)，大量光子的集合，服從統(tǒng)計(jì)分布。12、設(shè)摻 Er 磷酸鹽玻璃中， Er 離子在激光上能級(jí)上的壽命為10ms，則其譜線寬度為。13、在某個(gè)實(shí)驗(yàn)中，光功率計(jì)測(cè)得光信號(hào)的功率為-30dBm，等于W。（A）110-6-3(C) 30(D) -30(B) 1 1014、激光器一般工作在狀態(tài) .(A) 閾值附近(B) 小信號(hào)(C) 大信號(hào)(D) 任何狀態(tài)15、一束光通過長度為1m 的均勻激勵(lì)的工作物質(zhì)。如果出射光強(qiáng)是入射光強(qiáng)的兩倍，則該物質(zhì)的增益系數(shù)為。16如選取透鏡的兩個(gè)焦平面作為入射面和出射面，透鏡焦距為f，該光學(xué)

10、系統(tǒng)的傳輸矩陣為。100f（C）0111（A）1（B）1f1（D）1f0f00f17如某光學(xué)系統(tǒng)的兩個(gè)參考平面為一對(duì)物-像共軛平面，則該光學(xué)系統(tǒng)的 ABCD變換矩陣四個(gè)元素中，必有。（ A） A=0（B） B=0（C） C=0（D）D=018共焦腔在穩(wěn)區(qū)圖上的坐標(biāo)為。(A) (-1,-1)(B) (0,0)(C) (1,1)(D) (0,1)19腔的品質(zhì)因數(shù)Q 值衡量腔的。（ A ）質(zhì)量優(yōu)劣（B）穩(wěn)定性（C）存儲(chǔ)信號(hào)的能力（D）抗干擾性20今有一球面腔R1=2m, R2= -1m, L=0.8m. 該腔為。（ A ）穩(wěn)定腔（ B）非穩(wěn)定腔（C）臨界腔（D）不能確定學(xué)習(xí)必備歡迎下載21、設(shè)某固體

11、激光器諧振腔長50cm，固體激光介質(zhì)棒長30cm，其折射率為 1.6，其本征縱模的頻率間隔為。22、設(shè)某激光器諧振腔長50cm，反射鏡面半徑為 2cm，光波波長為 400nm，則此腔的菲涅耳數(shù)為。23、設(shè)激光器諧振腔兩反射鏡的反射率為R12，腔長L=90cm=R =R=0.98它損耗，則腔內(nèi)光子的平均壽命為。設(shè) v=51014（即Hz630nm光腔的 Q 值為。24假設(shè)激光腔內(nèi)存在電磁場模式的電場為：E(r ,t ) E0u( r ) expt2tc式中 tc為腔內(nèi)光子壽命。試求： 1）電場的傅立葉變換； 2）發(fā)射光的功率譜； 3）譜線寬度。25某高斯光束入射到焦距為f 的薄透鏡， 該薄透鏡位

12、于入射高斯光束的光腰處，如圖所示。求輸出光束光腰位置及其光斑的大小。26、 YAG 激光器是典型的系統(tǒng)。（ A ）二能級(jí)(B) 三能級(jí)(C)四能級(jí)(D) 多能級(jí)27、自然加寬譜線為。（ A ）高斯線型(B) 拋物線型(C) 洛侖茲線型(D) 雙曲線型28、某譜線的均勻加寬為10MHz ，中心頻率所對(duì)應(yīng)的譜線函數(shù)的極大值為。（ A ） 0.1s(B) 10-7Hz(C) 0.1s(D) 107Hz29、聚光腔的作用是。30、某洛侖茲線型函數(shù)為g (v)a（ s），求該線型函數(shù)的線寬v及常29 1012vv0數(shù) a。31、多普勒加寬發(fā)生在介質(zhì)中。（A）固體(B) 液體(C)氣體(D) 等離子體32

13、、多普勒加寬譜線中心的光譜線取值為。學(xué)習(xí)必備歡迎下載0.939(B)0.637(C)gmax0.5（ A ）gmaxgmax(D)vDvDvDgmax133、共焦腔基模光腰為。（ A ）R(B)2(C)(D)0002R2 R2 R034、某脈沖激光介質(zhì)中發(fā)光粒子的濃度為n=5 1012cm-3，介質(zhì)棒長度為L=20cm ，橫截面面積為 A=2mm2，輸出光頻率為v=4 100THz ，假設(shè)可將所有發(fā)光粒子全部激發(fā)到激光上能級(jí)，求在一次脈沖過程中輸出的能量。如脈沖寬度為=5s，求平均輸出功率4、閾值條件是形成激光的。(A)充分條件(B) 必要條件(C)充分必要條件35、在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)下，微

14、觀粒子滿足。(A)費(fèi)米分布(B) 高斯分布(C)波爾茲曼分布布36、對(duì)同一種介質(zhì)，小信號(hào)增益系數(shù)隨而變。(A)譜線寬度(B) 激發(fā)功率(C)粒子數(shù)密度(D) 自發(fā)輻射幾率37、在連續(xù)工作狀態(tài)下，激光腔內(nèi)光子數(shù)密度N隨時(shí)間的變化可表示為。38、小信號(hào)情況下，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)n及增益系數(shù)與無關(guān)，與泵浦幾率成正比。增益系數(shù)與入射光的頻率有關(guān)。39、長度為 10cm 的紅寶石棒置于長度為20cm 的光諧振腔中，紅寶石694.3nm 譜線的自發(fā)輻射壽命s4 103s，均勻加寬線寬為2 105MHz。光腔單程損耗0.2。求(1) 閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)nt；(2) 當(dāng)光泵激勵(lì)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)粒子數(shù)n 1.2 nt時(shí)，有多少個(gè)縱

15、?？梢哉袷?？( 紅寶石折射率為1.76)40、設(shè)某激光的小信號(hào)峰值增益系數(shù)為Gmax，閾值增益系數(shù)為Gt。令激發(fā)參量GmaxGt，試證明：對(duì)于非均勻加寬工作物質(zhì)來說，其振蕩線寬與熒光線寬之間的關(guān)系為vosclnvD。ln 2學(xué)習(xí)必備歡迎下載41、試畫圖說明模式競爭過程42、什么叫模式的空間競爭？為了在均勻激光器中實(shí)現(xiàn)單模運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用什么措施？43、連續(xù)激光器穩(wěn)定工作時(shí)的增益系數(shù)是否會(huì)隨泵浦功率的提高而增加？為什么？44、三能級(jí)系統(tǒng)激光器，至少要把總粒子數(shù)的抽運(yùn)到激光上能級(jí)，才能實(shí)現(xiàn)激光振蕩。A1/2B 1/3C 1/4D1/1045、以三能級(jí)系統(tǒng)為例，說明總量子效率的物理意義。如何提高總量子

16、效率？46、為什么調(diào)Q 時(shí)增大激光器的損耗的同時(shí)能造成上能級(jí)粒子數(shù)的積累？47、實(shí)現(xiàn)調(diào) Q 對(duì)激光器的基本要求是什么？48、普通脈沖激光器的峰值功率不高的主要原因是什么？49、簡述調(diào) Q 技術(shù)的基本思想50、紅寶石調(diào) Q 激光器輸出鏡反射率為r1=0.96,另一鏡反射率在r2=0.1 到 r2=1之間變化 , 紅寶石棒與腔長同為L=20 cm,截面積 S=10mm2-24,紅寶石發(fā)射截面21=2.510m , 設(shè) Q 開關(guān)在反轉(zhuǎn)粒子數(shù)達(dá)到r2低反射率所對(duì)應(yīng)的閾值時(shí)開啟, 求 m 及 Pm(光波長 =694.3nm,折射率n=1.76) 。51、試畫出帶偏振器的KDP 電光調(diào) Q 激光器結(jié)構(gòu)示意圖，并簡述其工作原理。52、諧振腔對(duì)不同階數(shù)的橫模有不同損耗，這一性能是實(shí)現(xiàn)橫模選擇的基礎(chǔ)。53、激光器的振蕩頻率范圍是由工作物質(zhì)的決定。54、為了有效的選擇橫模，衍射損耗在模的總損耗中