激光原理復(fù)習(xí)題重點(diǎn)難點(diǎn)匯編

1、學(xué)習(xí)好資料激光原理復(fù)習(xí)第一部分 知識點(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？各個部分的基本作用。 激光器有哪些類型？ 如何對激光器進(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？熱平衡時粒子數(shù)的分布規(guī)律是什么？5

2、、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，如何實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？6、如何定義激光增益，什么是小信號增益？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個

3、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?。咳我馕恢眉す夤獍叩拇笮。康认辔幻媲拾霃?， 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性？如何計算一般穩(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ABCM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

4、勒加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、畫出激光三能級和四能級系統(tǒng)圖，描述相關(guān)能級粒子的激發(fā)和去激發(fā)過程。 建立相應(yīng)能級系統(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。 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、激光器的頻率牽引效應(yīng)

5、第八早激光放大特性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、如何選擇橫模或縱模，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 勵方法和特點(diǎn)。第二部分復(fù)習(xí)題1、TEM0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，求該平面對入射的TEM0模的透過率，并計算出當(dāng)小孔半徑正好等 于該處基模光

6、斑半徑時的透射率值。（基模高斯光束基模光斑的光強(qiáng)分布函數(shù) 10紅寶石激光器中，Cr3+粒子數(shù)密度差 An = 6X 1016/cm3,波長入=694.3nm,自發(fā)輻射壽命 T s = 3 x 10-3S,折射率n沁1.76。僅考慮自然加寬效果，上下能級簡并度為1。Ioo(r, ；z)22r2 3 4 5 * 7-|o-e帀_ 1 0 2 e (z)，選基橫模的條件（光闌的大小和位置）試求(1)該激光器自發(fā)輻射系數(shù) A21;線型峰值g "0 ;(3)中心頻率處小信號增益系數(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

7、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)計分布。12、 設(shè)摻Er磷酸鹽玻璃中，Er離子在激光上能級上的壽命為10ms,則其譜線寬度為。13、 在某個實驗中，光功率計測得光信號的功率為-30dBm，等于W。(A) 1 X10-6(B) 1 W-3(C) 30(D) -3014、 激光器一般工作在 狀態(tài).(A)閾值附近(B)小信號 (C)大信號 (D)任何狀態(tài)15、一束光通過長度為1m的均勻激

8、勵的工作物質(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如選取透鏡的兩個焦平面作為入射面和出射面，透鏡焦距為f，該光學(xué)系統(tǒng)17.如某光學(xué)系統(tǒng)的兩個參考平面為一對物的傳輸矩陣為。'1 0'0f x匚 1、0 1 r(A)-丄1< f丿(B)-丄0< f丿(C)fIf 0丿(D)<01-像共軛平面，則該光學(xué)系統(tǒng)的ABCD變換矩陣四個元素中，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)

9、穩(wěn)定性(C)存儲信號的能力(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21、設(shè)某固體激光器諧振腔長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Ri=R2=R=0.98，腔長L=90cm，不計其它損耗，則腔內(nèi)光子的平均壽命為 _。設(shè)v=5X1014Hz (即630nm),則激 光腔的Q值為。(t)24、 假設(shè)激光腔內(nèi)存在電

10、磁場模式的電場為：E(r,t) = E°u(r)exp - + jt ,I 2tcJ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。f更多精品文檔學(xué)習(xí)好資料更多精品文檔學(xué)習(xí)好資料26、YAG激光器是典型的系統(tǒng)。(A)二能級(B)三能級(C)四能級(D)多能級27、自然加寬譜線為。(A)咼斯線型(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(A) 0.1 宙10MHz，中心頻率所對應(yīng)的譜線函數(shù)的極大值為 (

11、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)=a2i2v - V0 丨亠 9 10(s),求該線型函數(shù)的線寬V及常數(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、 多普勒加寬譜線中心的光譜線取值為 。g max1.76)(A )0.939g max = :-v D33、共焦腔基模光腰為(A ) ，o0.637(B) g max-VD0.5(B)(D)(D)34、某脈沖激光介質(zhì)中發(fā)光粒子的濃度為n=5 x 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=

12、4 x 100THz ,假設(shè)可將所有發(fā)光粒子全部激發(fā)到激光上能級，求在一次脈沖過程中輸出的能量。如脈沖寬度為 t =5求平均輸出功率 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、 對同一種介質(zhì)，小信號增益系數(shù)隨 而變。(A)譜線寬度(B)激發(fā)功率(C)粒子數(shù)密度4、閾值條件是形(D)不確定(D)負(fù)溫度分(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隨時間的變化可表示為。38、 小信號情況下，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)An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

13、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)35輻射壽命s 4 10 s，均勻加寬線寬為 2 10 MHz。光腔單程損耗"-0.2。求(1) 閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)八巾;(2) 當(dāng)光泵激勵產(chǎn)生反轉(zhuǎn)粒子數(shù)=1.2：nt時，有多少個縱模可以振蕩？(紅寶石折射率為40、設(shè)某激光的小信號峰值增益系數(shù)為Gmax，閾值增益系數(shù)為Gt。令激發(fā)參量號，試證明：對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)定工作時的增

14、益系數(shù)是否會隨泵浦功率的提高而增加？為什么？44、 三能級系統(tǒng)激光器，至少要把總粒子數(shù)的抽運(yùn)到激光上能級，才能實現(xiàn)激光振蕩。A 1/2B 1/3C 1/4D 1/1045、以三能級系統(tǒng)為例，說明總量子效率的物理意義。如何提高總量子效率？46、為什么調(diào)Q時增大激光器的損耗的同時能造成上能級粒子數(shù)的積累？47、實現(xiàn)調(diào)Q對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 1=0.96,另一鏡反射率在2=0.1到2=1之間變化，紅 寶石棒與腔長同為 L=20 cm,截面積S=10mm2,紅寶石發(fā)射截面 021=

15、2.5 x 10-24m2,設(shè)Q開關(guān)在 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)達(dá)到 血低反射率所對應(yīng)的閾值時開啟 ，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、 諧振腔對不同階數(shù)的橫模有不同 損耗，這一性能是實現(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必須 。55、圖示激光器的 M1是平面輸出鏡，M2是曲率半徑為8cm的凹面鏡，透鏡P的焦距F=10cm , 用小孔光闌選 TEM 00模。試標(biāo)出P、M2和小孔光闌間的距離。若工作物質(zhì)直徑是5mm,試問小

16、孔光闌的直徑應(yīng)選多大？更多精品文檔學(xué)習(xí)好資料M2YAG更多精品文檔學(xué)習(xí)好資料第三部分 考試題型和分布：大致填空 20分，名詞解釋 5個20分，簡答 5個 30分，計算 3個 30分 計算題可能知識點(diǎn)：穩(wěn)定性條件、高斯光束分布特征、多普勒效應(yīng)、增益系數(shù)、 激光Q開關(guān)取作用時的晶體長度要求、一般穩(wěn)定球面腔與對稱共焦腔的等價關(guān)系更多精品文檔學(xué)習(xí)好資料2、共焦腔氦氖激光器的輸出波長為 0.6328卩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TEM0 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 于氦氖激光器，當(dāng)小孔光闌的直徑約等于基模半徑的 3. 3倍時，可選出基橫模。）4、 氬離子激光器的中心波長是0.5145卩m譜線寬度是 v =6X 108 9Hz,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