激光原理復習題(含參考答案)

1、激光原理復習題（含參考答案）1. 自發(fā)輻射愛因斯坦系數(shù)與激發(fā)態(tài) E2平均壽命T的關(guān)系為（B ）1f（A） Ai = T血二（C） 均廠也習（?）血二T&2. 愛因斯坦系數(shù)A21和B21之間的關(guān)系為（C ）5閾值條件是形成激光的（C（A ）充分條件 （B ）必要條件）（C）充分必要條件（D）不確定（A）嗎-兀專血】_蘭£小 耳1昂%芒（C）心呼%芒CD）堀=哮3.自然增寬譜線為（C ）（A）高斯線型（B ）拋物線型（C）洛侖茲線型（D）雙曲線型4.對稱共焦腔在穩(wěn)定圖上的坐標為（B)(A) (-1 , -1)( B)(0, 0)(C) (1, 1)(D)(0, 1)6諧振腔的縱模

2、間隔為（B（E）"巫Z 2吩噸©丸)22)(D) 2827. 對稱共焦腔基模的遠場發(fā)散角為8. 諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q衡量腔的（A）質(zhì)量優(yōu)劣（B）穩(wěn)定性（C）C儲存信號的能力（D）抗干擾性9. 鎖模激光器通?？色@得（A ）量級短脈沖（A） ps （B） ys （Q ns （D） &10. YAG激光器是典型的（C ）系統(tǒng)（A）二能級（B）三能級 （C）四能級（D）多能級11. 任何一個共焦腔與 無窮多個穩(wěn)定球面腔 等價，而任何一個滿足穩(wěn)定條件的球面腔唯一地等價于一個共焦腔。12. 激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三部分，即工作物質(zhì)、激勵物質(zhì)學諧振腔。13. 有一個諧振腔，腔長L=1

3、m，在1500MH z的范圍內(nèi)所包含的縱模個數(shù)為 10 個（設(shè)尸1）14. 激光的特點是 相干性強 、 單色性佳、方向性好高亮15調(diào)Q技術(shù)產(chǎn)生激光脈沖主要有 、 兩種方法，調(diào)Q激光器通?？色@得ns量級短脈沖，鎖模有 和兩種鎖模方式。鎖模、調(diào)Q 主動鎖模 被動鎖模16.受激輻射激勵發(fā)射出的光子與外來光完全相同，傳播方向相同，相位相同，偏振態(tài)相同，頻率相同17寫出光與物質(zhì)相互作用的愛因斯坦關(guān)系式，說明其物理含義答：（1）自發(fā)輻射躍遷幾率A21dn2isp n21丄，表示了單位時間內(nèi)從高能級向s低能級躍遷的原子數(shù)與高能級原有粒子數(shù)的比例（2）受激吸收躍遷幾率W12理 -，表示單位時間內(nèi)由于受激躍遷引

4、起的由低能級向高能級躍遷的叫丄，表示在 dt st 匕dt st m原子數(shù)和低能級原子數(shù)的比例。（3）受激輻射躍遷幾率W21 輻射場作用下，單位時間從高能級躍遷至低能級的原子數(shù)與高能級原子數(shù)的比 例。18激光的產(chǎn)生是基于愛因斯坦關(guān)于輻射的一般描述而提出的。請問愛因斯坦提 出了幾種輻射，其中那個輻射與激光的產(chǎn)生有關(guān)，為什么？答：有三種：自發(fā)輻射，受激輻射，受激吸收。其中受激輻射與激光的產(chǎn)生 有關(guān)，因為受激輻射發(fā)出來的光子與外來光子具有相同的頻率， 相同的發(fā)射方向， 相同的偏振態(tài)和相同的相位，是相干光。19請描述空間燒孔效應的物理過程。答：當頻率一定的縱模在腔內(nèi)形成穩(wěn)定振蕩事產(chǎn)生一個駐波場。波腹處

5、光強最大，波節(jié)處光強最小，消耗反轉(zhuǎn)粒子數(shù)后，波腹處光強最小而波節(jié)處光強最大， 則形成了空間燒孔?？梢娍臻g燒孔的形成過程由駐波腔和粒子空間轉(zhuǎn)移慢引起 的。20光學諧振腔中會有橫模和縱模，通常表示為TEMmnp。請問它的角標中m, n, p表示的意義分別是什么?答：在光學諧振腔中，滿足一定的相位關(guān)系的波方能夠穩(wěn)定存在。即是ka=m n , kb=n n , kl=p n ,(m,n,p)代表激光的一個模式，m,n分別代表橫階面積x,y 方向出現(xiàn)的節(jié)線數(shù)，稱為橫模序數(shù)，p為沿軸出現(xiàn)的節(jié)點數(shù)，稱為縱模序數(shù)。21說明均勻增寬和非均勻增寬的區(qū)別？說明為什么均勻增寬介質(zhì)內(nèi)存在模式競爭？答：均勻增寬介質(zhì)內(nèi)每一

6、個原子對譜線內(nèi)任一頻率光波都有相同的貢獻，所有原子對發(fā)射譜線上每一頻率的光波都有相同貢獻，所有原子的作用相同；非均勻增寬介質(zhì)發(fā)射的不同的光譜頻率對應于不同的原子， 不同的原子對中譜線中的不 同頻率有貢獻，不同原子的作用不同的(5分)。均勻增寬激光介質(zhì)發(fā)射譜線為 洛侖茲線型，中心頻率處譜線增益最大，該頻率處附近縱模優(yōu)先起振，由于均勻 增寬介質(zhì)內(nèi)每一個原子對譜線內(nèi)任一頻率光波都有相同的貢獻，中心頻率處縱模振蕩發(fā)射激光將引起激光上能級原子數(shù)下降， 激光增益曲線形狀不變，但整體下 降，當中心頻率處縱模增益降低為激光振蕩閾值時， 該處縱模穩(wěn)定輸出，其它頻 率的縱模增益都小于閾值，無法振蕩。10.6 m。

7、求與腰斑相距z=30cm22.某高斯光束的腰斑半徑wo 1.14mm光波長處的光斑及等相位面曲率半徑。 解：光斑半徑：等相位面曲率半徑w(z)(3分)21.1411.45mm10.6 10 3 3003.14 1.1422 2R(z) Z1 匹z3013.14 1.14210.6 103 300(2分)79.4cm23 穩(wěn)定雙凹球面腔腔長L= 1m,兩個反射鏡的曲率半徑大小分別為1.5m,R2=3m求它的等價共焦腔腔長，并畫出它的位置。解：假設(shè)所要求的等價共焦腔的共焦參數(shù)為f,以等價共焦腔中點為z坐標的7'1 101!丿(4分)1-球面腔2-尊榆英煤腔原點，Mi, M2兩鏡的z坐標為z

8、i和Z2,有zLR L)Z1(L R) (L R2)L R1 LZ2L R,L R2（1分）（1分）L(Ri L) R2 L Ri R2R2(2 分)代入數(shù)值 L= 1m, Ri= 1.5m,R2= 3m得:Z1=-4/5,z2=1/5,f=.14/5L等價共焦腔腔長2f2.14(1分)位置如上圖所示24腔長為0.5m的氬離子激光器，發(fā)射中心頻率0 = 5.85 1014Hz,熒光線寬解：縱模間隔為3 1082 1 0.583 10 Hz ,qc2 L6 1083 1082，則可能存在的縱模數(shù)有三個，它們對應的q值分別為:5.85 10143 1081.95 106 , q+ 1= 19500

9、01, q- 1 = 1949999=6 108 Hz,問它可能存在幾個縱模？相應的q值為多少？（設(shè)=1） （10分）25由凸面鏡和凹面鏡組成的球面腔，如圖。凸面鏡的曲率半徑為2m凹面鏡的曲率半徑為3m腔長為1.5m。發(fā)光波長600nm （12分）(1) 判斷此腔的穩(wěn)定性；(2) 求出等價共焦腔的焦距f ;束腰大小wo及束腰位置；(3) 求出距凸面鏡右側(cè)5.125米處的束腰大小w及波面曲率半徑R;解：(1)激光腔穩(wěn)定條件(1 訓 R；)1.5(1 才(11.5此腔為穩(wěn)定腔(2)L R,L1.53 1.5Z1L R1L R,1.5 21.5 3得，f = 0. 99221m1.125m,即束腰位置距R1右側(cè)1 600 1093.14159