激光技術(shù)復(fù)習(xí)題

1、精選范本“激光技術(shù)及應(yīng)用”思考題什么是自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收?自發(fā)輻射：高能級(jí)的原子自發(fā)地從高能級(jí)E2向低能級(jí) El躍遷，同時(shí)放出能量為=h = Ez Ej的光子r受激輻射：當(dāng)受到外來(lái)的能量的光照射時(shí)，高能級(jí)E2上的原子受到外來(lái)光的激勵(lì)作用向低能級(jí)Ei躍遷，同時(shí)發(fā)射一個(gè)與外來(lái)光子完全相同的光子。r受激吸收：處于低能級(jí)Ei的原子受到外來(lái)光子 （能量；-h'-Ez-Ej ）的刺激作 用，完全吸收光子的能量而躍遷到高能級(jí)E2的過(guò)程自發(fā)輻射發(fā)光和受激輻射發(fā)光各有什么特點(diǎn)？自發(fā)輻射的特點(diǎn)：各個(gè)原子所發(fā)的光向空間各個(gè)方向傳播，是非相干光。受激輻射的光子與外來(lái)光子的特性完全相同，即:頻率、位相

2、、偏振和傳播方向完全一樣，因此受激輻射與外來(lái)輻射是相干的，換句話(huà)說(shuō)外來(lái)輻射被放大” 了亭產(chǎn)生激光的三個(gè)必備條件是什么？為什么需要這些條件？爭(zhēng) 激光工作物質(zhì)：能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生受激光放大養(yǎng) 激勵(lì)能源：能將低能級(jí)的粒子不斷抽運(yùn)到高能級(jí)，補(bǔ)充受激輻射減少的高能級(jí)上粒子數(shù)-光學(xué)諧振腔：提高光能密度，保證受激輻射大于受激吸收；光學(xué)諧振腔的基本作用是什么？汕 光學(xué)諧振腔的作用：1）延長(zhǎng)增益介質(zhì)作用長(zhǎng)度；2）控制激光輸出特性：如光束方向性、輸出模式數(shù)、輸出功率等禰光學(xué)諧振腔的三個(gè)作用：倍增工作介質(zhì)作用長(zhǎng)度，提高單色光能密度；松 控制激光振蕩模式數(shù)目，以獲得單色性好、方向性好的相干光；松 控制激光束的橫

3、向分布特性、光斑大小、發(fā)散角、輸出功率。共心腔是對(duì)稱(chēng)凹面鏡腔類(lèi)光學(xué)諧振腔有幾種分類(lèi)？如何判斷諧振腔的穩(wěn)定性？對(duì)稱(chēng)共焦腔、 型的諧振腔？平行平面腔-是一種臨界穩(wěn)定腔平凹腔：是由一塊平面鏡和一塊曲率半徑為R的凹面鏡組成的光學(xué)諧振腔,對(duì)稱(chēng)凹面鏡腔：兩塊曲率半徑相同的凹面鏡組成的諧振腔距離大于兩倍焦距的不穩(wěn)定平凹腔對(duì)稱(chēng)凸面鏡腔-都是不穩(wěn)定的即穩(wěn)定腔條件為：LL0 蘭（1_）匯（1）蘭1R1R2“激光器的損耗分哪幾類(lèi)？這些損耗是怎么產(chǎn)生的？“激光器的損耗的分類(lèi)：增益介質(zhì)內(nèi)部損耗和鏡面損耗> 增益介質(zhì)內(nèi)部損耗：由于成分不均勻、粒子數(shù)密度不均勻或有缺陷 （如固體激光器）而使光產(chǎn)生折射、散射，使部分光波

4、偏離原來(lái)的傳播方向，以及其它對(duì)光能的吸收，造成光能量損耗。> 鏡面損耗：鏡面的散射、吸收、由于光的衍射使光束擴(kuò)散到反射鏡面以外造成的損耗以及由鏡面上透射出去作為激光器的有用輸出部分鏡面損耗可以通過(guò)反射系數(shù)冷、r2，透射系數(shù)ti、t2和吸收系數(shù)ai、a2來(lái)表達(dá)。什么是增益飽和現(xiàn)象？在抽運(yùn)速率一定的條件下，當(dāng)入射光的光強(qiáng)很弱時(shí)，增益系數(shù)是一個(gè)常數(shù)；當(dāng)入射光的光強(qiáng)增大到一定程度后，增益系數(shù)隨光強(qiáng)的增大而減小。什么是激光腔的縱模？激光器最后輸出的縱模數(shù)取決于哪些因素？光波在腔內(nèi)往返一周的總相移應(yīng)等于2二的整數(shù)倍，即只有某些特定頻率的光才能滿(mǎn)足諧振條件 2、：2q 二 q =1,2,3,每個(gè)q值對(duì)

5、應(yīng)一個(gè)駐波，稱(chēng)之為：縱模，q為縱模序數(shù)。諧振腔的諧振頻率主要決定于縱模序數(shù)。滿(mǎn)足諧振條件，閾值條件且落在熒光線(xiàn)寬范圍內(nèi)的頻率才能形成激光振蕩，產(chǎn)生輸出什么是激光腔的橫模？橫模是如何表示的？在開(kāi)腔鏡面上，經(jīng)一次往返能再現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)場(chǎng)分布稱(chēng)為為開(kāi)腔的自再現(xiàn)?；驒M模影響激光器輸出光頻率穩(wěn)定的因素有哪些？有哪些主動(dòng)穩(wěn)頻的方法？r腔長(zhǎng)變化的影響溫度變化：一般選用熱膨脹系數(shù)小的材料做為諧振腔尬機(jī)械振動(dòng)：采取減震措施折射率變化的影響內(nèi)腔激光器：溫度T、氣壓P、濕度h的變化很小，可以忽略外腔和半內(nèi)腔激光器：腔的一部分處于大氣之中，溫度 T、氣壓P、濕度h的變化 較放電管內(nèi)顯著。應(yīng)盡量減小暴露于大氣的部分， 同時(shí)還

6、要屏蔽通風(fēng)以減小 T 、 P、 h的脈動(dòng)*主動(dòng)式穩(wěn)頻：把單頻激光器的頻率與某個(gè)穩(wěn)定的參考頻率相比較，當(dāng)振蕩頻率偏離參考頻率時(shí)，鑒別器就產(chǎn)生一個(gè)正比于偏離量的誤差信號(hào)。把激光器中原子躍遷的中心頻率做為參考頻率，把激光頻率鎖定到躍遷的中心頻率上，如蘭姆凹陷法。把振蕩頻率鎖定在外界的參考頻率上，例如用分子或原子的吸收線(xiàn)作為參考頻率， 選取的吸收物質(zhì)的吸收頻率必須與激光頻率相重合。如飽和吸收法。固體激光器、氣體激光器，半導(dǎo)體激光器各采用何種泵浦方式？由于固體激光器的工作物質(zhì)是絕緣晶體，所以一般用光泵浦源激勵(lì)氣體放電激勵(lì)半導(dǎo)體激光器要先以其他激光才可以氦氖激光器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？其激光工作物質(zhì)是什么氣體

7、？它是幾能級(jí)結(jié)構(gòu)？輔助氣體的作用是什么？He-Ne激光器可以分為內(nèi)腔式、外腔式和半內(nèi)腔式三種氖氣4級(jí)氦氣起產(chǎn)生激光的媒介和增加激光輸出功率的作用激光脈沖測(cè)距的原理是什么？為何激光脈沖測(cè)距系統(tǒng)需要調(diào)Q的激光光源？測(cè)距儀發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后，光脈沖回到測(cè)距儀接收系統(tǒng)，測(cè)量其發(fā)射和接收光脈沖的時(shí)間間隔，即光脈沖在待測(cè)距離上的往返傳播時(shí)間to測(cè)距時(shí)用的光脈沖功率是很大的，一般其峰值功率均在一兆瓦以上，脈沖寬度在幾十毫微 秒以下。這樣的光脈沖通常叫做巨脈沖”但是，一般的激光脈沖并不是巨脈沖，它的寬度較大(約1ms左右)，同時(shí)脈沖功率也不夠大， 所以不能滿(mǎn)足測(cè)距需求。 對(duì)激光器采用 調(diào) Q技術(shù)”就

8、可使之滿(mǎn)足測(cè)距要求計(jì)算題：見(jiàn)第1章、第3章PPT例題；第1章公式：l(z) =l(0)e"l(z)=l(0)eGz考試題型為：?jiǎn)雾?xiàng)選擇題(16分)、填空題(12分)、簡(jiǎn)答題(48分)、計(jì)算題(24分)。例題1：熱平衡時(shí)，原子上能級(jí) E2的粒子數(shù)密度為n2,下能級(jí)E1 的粒子數(shù)密度為設(shè)g1=g2，求當(dāng)原子躍遷的頻率 v =3000MHz ,T=300K時(shí)，ndn為多少？解：熱平衡時(shí)，原子各能級(jí)的粒子數(shù)密度分布符合波爾茲曼分布：(E2 -El)hvn2 g2 _ - kTe"kTni gi14.8 10- e6.63X10 型 >3000同06 空二倔聽(tīng)300ni例題2：

9、在紅寶石激光器中，采用調(diào)Q技術(shù)，有可能把全部鉻粒子激發(fā)到激光上能級(jí)并產(chǎn)生巨脈沖。設(shè)紅寶石的直徑為0.8cm,長(zhǎng)為8cm,鉻粒子濃度為2X1018cm-3,巨脈沖寬度為10ns,求輸出0.6943卩m激 光的最大能量和脈沖平均功率 解：紅寶石激光棒的體積為SS：紅寶石觥檯的困肋卩二(O.S)a 8 = 1 2S(cmJ)悟粒子融為：7=2x1 x2.56xlOB：輸出最大鏈里為還=A' Ar=A-A= 2j6jrxltfJx&.&3xlO"4x J =23(7)脈沖平Et lOxlO-9P左dl例題1:腔長(zhǎng)為05m的氬離子激光器，發(fā)射中心頻率 V=585X 1014Hz,熒光線(xiàn)寬厶 v6X 108Hz。問(wèn)它可能存在幾個(gè)縱模？解：縱模頻率間隔為:c2L3 1082 0.5=3 108Hz精選范本精選范本縱模數(shù)