《激光原理與技術(shù)》題集

《激光原理與技術(shù)》題集一、選擇題（每題2分，共20分）激光的英文名稱是：

A.LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

B.LinearAcceleratorBeam

C.LargeAreaBeamEmitter

D.LowAmplitudeBeam下列哪項(xiàng)不是激光器的基本組成部分？

A.激光工作物質(zhì)

B.激勵(lì)源

C.光學(xué)諧振腔

D.光學(xué)濾鏡激光產(chǎn)生的三個(gè)基本條件不包括：

A.實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

B.存在光學(xué)諧振腔

C.滿足閾值條件

D.有強(qiáng)大的磁場在激光技術(shù)中，調(diào)Q技術(shù)主要用于：

A.提高激光功率

B.壓縮激光脈寬

C.擴(kuò)大激光光斑

D.改變激光顏色下列哪種激光器不屬于氣體激光器？

A.He-Ne激光器

B.CO2激光器

C.Nd:YAG激光器

D.Ar離子激光器激光器的閾值條件是指：

A.激光工作物質(zhì)開始發(fā)光的最低能量

B.激光工作物質(zhì)達(dá)到最大發(fā)光強(qiáng)度的能量

C.激光工作物質(zhì)開始產(chǎn)生激光的最低泵浦功率

D.激光工作物質(zhì)溫度達(dá)到熔點(diǎn)的能量激光測(cè)距主要利用了激光的哪一特性？

A.單色性好

B.方向性強(qiáng)

C.亮度高

D.相干性好在激光加工中，激光切割主要利用激光的：

A.熱效應(yīng)

B.光電效應(yīng)

C.磁效應(yīng)

D.化學(xué)效應(yīng)激光通信相比于微波通信的優(yōu)勢(shì)是：

A.傳輸距離更遠(yuǎn)

B.傳輸速度更快

C.抗干擾能力更強(qiáng)

D.所有以上選項(xiàng)全息照相技術(shù)主要利用了激光的：

A.高能量特性

B.相干性好的特性

C.方向性好的特性

D.單色性好的特性二、填空題（每題2分，共20分）激光器的核心部件是______，它決定了激光器的輸出波長。在激光產(chǎn)生過程中，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是通過______手段來實(shí)現(xiàn)的。激光器的輸出光束質(zhì)量通常由______來描述。激光脈沖的持續(xù)時(shí)間越短，其峰值功率就______。固體激光器的工作物質(zhì)通常是摻雜有激活離子的______晶體。光纖激光器的主要優(yōu)點(diǎn)是______和______。在激光雷達(dá)系統(tǒng)中，激光的主要作用是______和______。激光焊接相比傳統(tǒng)焊接方式，其優(yōu)點(diǎn)是焊接速度快、熱影響區(qū)小和______。激光冷卻技術(shù)中，常用的冷卻介質(zhì)是______。量子阱激光器是一種具有______結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。三、名詞解釋題（每題4分，共12分）解釋“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”的含義。簡述“光學(xué)諧振腔”的作用。什么是“調(diào)Q技術(shù)”？四、解答題（每題6分，共18分）闡述激光器的基本工作原理。說明激光在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。分析激光通信系統(tǒng)的基本組成及其工作過程。五、計(jì)算題（每題8分，共24分）假設(shè)一個(gè)Nd:YAG激光器的輸出功率為100W，波長為1064nm，求其每秒發(fā)射的光子數(shù)。一束激光在真空中傳播，其波長為632.8nm，求該激光的頻率。若用功率為2kW的CO2激光器對(duì)鋼材進(jìn)行切割，切割效率為80%，求1分鐘內(nèi)激光切割所做的功。六、案例分析題（每題6分，共18分）分析一種常見的激光加工技術(shù)（如激光切割、激光焊接或激光打孔），說明其工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域。討論激光在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，并分析其優(yōu)勢(shì)和局限性。描述一種激光醫(yī)療技術(shù)，并解釋其治療原理及臨床效果?！都す庠砼c技術(shù)》題集答案一、選擇題答案ADDBCCBADB二、填空題答案激光工作物質(zhì)泵浦（或激發(fā)）光束質(zhì)量因子（M2）越高透明結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量好探測(cè)目標(biāo)、測(cè)距焊縫質(zhì)量高液氮（或其他低溫液體）量子阱三、名詞解釋題答案“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”是指激光工作物質(zhì)中高能級(jí)的粒子數(shù)多于低能級(jí)的粒子數(shù)，這是激光產(chǎn)生的必要條件之一。通過外部泵浦源的作用，使得處于高能級(jí)的粒子數(shù)增多，從而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)?！肮鈱W(xué)諧振腔”是激光器中的重要組成部分，其作用主要有兩個(gè)：一是提供光學(xué)正反饋，使得激光工作物質(zhì)中產(chǎn)生的光在腔內(nèi)多次往返，不斷增強(qiáng)；二是選擇特定頻率和方向的光進(jìn)行放大，從而保證激光器輸出的光束具有高度的單色性和方向性。“調(diào)Q技術(shù)”是一種通過改變激光器的Q值（品質(zhì)因數(shù)）來控制激光輸出的技術(shù)。在激光器工作時(shí)，先通過某種方法降低諧振腔的Q值，抑制激光振蕩的產(chǎn)生，使得激光工作物質(zhì)上能級(jí)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)大量積累；然后突然增大諧振腔的Q值，使得激光振蕩迅速建立起來，從而輸出高峰值功率的激光脈沖。四、解答題答案激光器的基本工作原理是利用外部泵浦源將激光工作物質(zhì)中的粒子泵浦到高能級(jí)，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；然后通過光學(xué)諧振腔提供光學(xué)正反饋和選擇作用，使得特定頻率和方向的光得到放大并輸出。具體來說，當(dāng)激光工作物質(zhì)中的高能級(jí)粒子數(shù)多于低能級(jí)粒子數(shù)時(shí)，受激輻射過程將占據(jù)主導(dǎo)地位，從而產(chǎn)生激光。光學(xué)諧振腔的作用是對(duì)激光進(jìn)行多次反射和放大，最終輸出一束具有高度單色性、方向性和相干性的激光。激光在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，包括激光治療、激光手術(shù)、激光美容等。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是激光具有良好的方向性和聚焦性，能夠精確地對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行治療；二是激光的能量密度高，能夠快速有效地作用于病變組織；三是激光治療過程中出血少、疼痛輕、恢復(fù)快，對(duì)患者造成的創(chuàng)傷小；四是激光治療具有非接觸性特點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)手術(shù)中可能出現(xiàn)的感染風(fēng)險(xiǎn)。激光通信系統(tǒng)的基本組成包括激光器、調(diào)制器、光學(xué)天線（或透鏡）、接收器和解調(diào)器等部件。其工作過程大致如下：首先由激光器產(chǎn)生激光信號(hào)作為信息傳輸?shù)妮d體；然后通過調(diào)制器將需要傳輸?shù)男畔⒄{(diào)制到激光信號(hào)上；接著通過光學(xué)天線將調(diào)制后的激光信號(hào)發(fā)射出去；在接收端由接收器接收并檢測(cè)激光信號(hào)；最后通過解調(diào)器將信息從激光信號(hào)中解調(diào)出來完成信息的傳輸過程。五、計(jì)算題答案已知Nd:YAG激光器的輸出功率為100W（即0.1kW），波長為1064nm（即1.064×10^-6m），根據(jù)光子能量公式E=hc/λ（其中h為普朗克常數(shù)，c為光速），可以計(jì)算出單個(gè)光子的能量。然后通過激光器的輸出功率除以單個(gè)光子的能量，再除以阿伏伽德羅常數(shù)（用于單位轉(zhuǎn)換），即可得到每秒發(fā)射的光子數(shù)。具體計(jì)算過程略去，最終得到的每秒發(fā)射的光子數(shù)與具體的計(jì)算步驟和數(shù)值有關(guān)。已知激光的波長為632.8nm（即6.328×10-7m），根據(jù)頻率與波長的關(guān)系式f=c/λ（其中c為光速），可以計(jì)算出該激光的頻率。具體計(jì)算過程為：f=c/λ=3×108m/s/6.328×10-7m≈4.74×1014Hz。已知CO2激光器的功率為2kW，切割效率為80%，根據(jù)功的計(jì)算公式W=Pt（其中P為功率，t為時(shí)間），可以計(jì)算出1分鐘內(nèi)激光切割所做的功。具體計(jì)算過程為：W=Pt=2000W×60s×0.8=96000J。六、案例分析題答案（因篇幅限制，僅給出簡要分析）以激光切割為例，其工作原理是利用高能量的激光束照射在工件表面，使材料迅速熔化、汽化或達(dá)到點(diǎn)燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光切割具有精度高、速度快、熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于金屬加工、汽車制造等領(lǐng)域。激光在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)、激光武器等。激光雷達(dá)具有分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；激光制導(dǎo)可以提高武器的命中精度；而激光武器則具有速度快、命中精度高、毀傷力大等特點(diǎn)。然而，激光在軍事應(yīng)用中也存在一定的局限性，如