激光原理试卷汇总

广东工业大学考试试卷(A)课程名称:激光原理与技术试卷满分100分考试时间:2007年6月18日(第16周星期一)一、选择题（每题3分，共30分）1.世界上第一台激光器是（）(A)氦氖激光器．(B)二氧化碳激光器．(C)钕玻璃激光器．(D)红宝石激光器．(E)砷化镓结型激光器．2.按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所产生的光的特点是：（）(A)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的．(B)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的．(C)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光是不相干的．(D)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是相干的．3．氦-氖激光器属于典型的（）系统（A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级4．体积3cm1V，线宽nm10，中心波长60nm，模式数目为（）20201012104(D)102(C)104(B)102)A(5．多普勒加宽发生在（）介质中6．半共心腔在稳定图上的坐标为（d）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）7．对于均匀增宽介质，中心频率处小信号增益系数为)00(vG，当sII时，饱和显著，非小信号中心频率增益系数为：（c）（A）)00(vG（B）)00(2vG（C）)00(21vG（D）)00(31vG8．.一平凹腔,其凹面镜的半径R等于腔长L,它是(b)（A）稳定腔（B）临界腔（C）非稳腔9.能够完善解释黑体辐射实验曲线的是(c)（A）瑞利-金斯公式（B）维恩公式（C）普朗克公式（D）爱因斯坦公式10.腔长为0.5米,μ=1.5,纵模间隔为b()（A）HZ8105.1（B）HZ8102（C）HZ8103（D）HZ8104二、填空题（共20分）1.稳定腔的一块反射镜的曲率半径R1＝4L，求另一面镜的曲率半径取值范围。(5分)2.一共焦腔(对称)L＝0.40m，λ＝0.6328m，束腰半径mmw2.00，离腰56cm处的光束有效截面半径为。(5分)3.下图是红宝石的能级结构和跃迁示意图。请说明图中以下符号的意义，(每空2分，共10分)①W13、②W21③E2、④E1、⑤A21。三、计算题（共40分）1．（12分）(1)一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm-1、光通过10cm长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几?(2)—光束通过长度为1m的均匀激活的工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。2．（14分）试从]1))(2[(21)(2110s1tavLGIAtvPD式出发，证明用最佳透射率表示的非均匀增宽激光器的最佳输出功率为：3．（14分）考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔，波长λ＝0.5145m，腔长L＝1m，腔镜曲率半径R1=1.5m，R2=4m。试计算光腰尺寸和位置及焦参数。W13ω32W21A21E3E1E22()mmsmtPAIat四、简答题（10分）1．连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？为什么？广东工业大学试卷参考答案及评分标准()课程名称:激光原理与技术。考试时间:2007年6月18日(第16周星期一)一、单项选择题（每题3分，共30分）1（D）、2（B）、3（C）、4（C）、5（C）6（D）、7（C）、8（B）、9（C）、10（B）二、填空题（20分）1．（5分）20.6mm（5分）3.（每空2分，共10分）①受激吸收几率(激励几率)②受激发射几率③激光上能级、④基态能级,又是激光下能级,也是抽运能级、⑤自发发射几率三、计算题（共40分）解：（1）（12分）∵AzeIzI)0()(（2分）∴368.01)0()(10001.0eeIzI（3分）（2）GzeIzI)0()(（2分）2)0()(1GeIzI（2分）LRLR322或1693.02lnmG得（3分）2．（14分）证明：由201112()1()12DsLGPAtIat，等式两边对t求导，并令其为零（3分）得：0]])(2[22[21]1)2[(2122taLGtaLGAtItaLGAItPss（3分）整理上式可得：322)()(4tataGL，即：tataLG32)()2(（3分）式中t即为最佳透射率tm，则最佳输出功率（2分）mmsmmmsmmsmmtatAItatataIAttaLGIAtP2232]1)()()([21]1)2[(21（3分）3（14分）解：（1）束腰半径mmLRRLRRLRLRL348666.0]5.35.45.1)105145.0[(])2())()(()[(4122641221212120（3分）（2）束腰位置765.33)2()(2121LRRLRLzm；mzLz7176112（2分）（3）两镜面上的光斑尺寸分别为：mmLRRLRLLRRLs532596.0]5.45.0325.2[105145.0]))(()([416412112211（3分）mmLRRLRLLRRLs355064.0]5.435.016[105145.0]))(()([416412121222（3分）（4）焦参数mLRRLRRLRLRLf72.55.36.25.35.435.02))()((212121（3分）四、简答题（10分）1．答：不会（2分）因为连续激光器稳定时增益系数为，G0为小信号增益系数，I为腔内光强，Is为饱和光强。（3分）因此，当满足阈值条件以后，当外界的泵浦功率增加时，腔内光强增加，引起增益饱和作用，则增益下降。（2分）在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，不会随泵浦功率的提高而增加。（3分）阈GIIGGs210考试时间:第18周星期五(2007年1月5日)一单项选择（30分）1．在一定温度下，自发辐射几率是受激辐射几率的（B）倍8)D(8)C(8)B(8)A(3233333cvchvchvcv2．粒子数反转分布状态微观粒子满足（D）（A）费米分布（B）高斯分布（C）玻尔兹曼分布（D）负温度分布3．碰撞增宽谱线为（C）（A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型4．CO2谱线的多普勒增宽为53MHz，中心频率所对应的谱线函数极大值为（A）Hz101.7)D(10Hz1.7)C(Hz101.7)B(s101.7)A(8-8-85．平行平面腔在稳定图上的坐标为（C）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）6．谐振腔的纵模共振频率为（A）cLqvcLvLcvLcqvqqqq2)D(2)C(2)B(2)A(7．对称共焦腔基模光腰为（A）8．对同一种介质，小信号增益系数随（B）变化（A）谱线宽度（B）激发功率（C）粒子数密度（D）自发辐射几率9．调Q激光器通常可获得（C）量级短脉冲广东工业大学考试试卷(B)课程名称:激光原理及应用题号一二三四五六七八九十总分得分评分人fs)D(ns)C(μs)B(ms)A(10．红宝石激光器是典型的（B）系统（A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级二.填空（20分）1．激光束的基本特性是____________________、______________________________________________________、___________________________。（4分）2．光和物质相互作用产生受激辐射时，辐射光和照射光具有完全相同的特性，这些特性是指、、和。（4分）3．激光腔振荡模的特征是、、、。（4分）4．He-Ne激光器是典型的四能级系统，有三条主要激光谱线，其激光谱线及波长分别为、、。（6分）5．若光束通过1m长的激光介质以后，光强增大了一倍，此介质的增益系数G为（2分）三、计算题（44分）1．（8分）静止氖原子4223PS谱线中心波长为m6328.0，求当它以0.1c速度向观察者运动时，中心波长变为多大？2．（8分）腔长为0.5m的氩离子激光器，发射中心频率0＝5.85l014Hz，荧光线宽＝6l08Hz，问它可能存在几个纵模?相应的q值为多少？(设=1))3．（20分）某激光器m9.0采用平凹腔，腔长L＝1m，凹面镜曲率半径R＝2m。求：（1）它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置。（2）它产生的基模高斯光束的焦参数。（3）它产生的基模高斯光束的远场发散角。4，（8分）He-Ne激光器辐射6328Å光波，其方形镜对称共焦腔，腔长L＝0.2m。腔内同时存在00TEM，11TEM，22TEM横模。若在腔内接近镜面处加小孔光阑选取横模，试问：(1)如只使00TEM模振荡，光阑孔径应多大？(2)如同时使00TEM，11TEM模振荡而抑制22TEM振荡，光阑孔径应多大？四．论述题（6分）1．（6分）试述调Q激光器原理。激光原理及应用（B）卷答案及评分标准：一．（30分）BDCACAABCB二.（20分）1.方向性好、单色性好、相干性好、高亮度(4分)2．相位、频率、偏振态、传播方向。（4分）3.4．3S2P0.6328（2分）分）散角每一个模的激光束的发分）的相对功率损耗模在腔内往返一次经受分）模的简谐频率分）面内的场的分布）模的电磁场理论（横截(1(1(1(12S2P1.15（2分）3S3P3.39（2分）5．G＝ln2m-1（2分）三（44分）1（8分）解：由多谱勒效应：Cvvv100，（两者相互接近时，即相向时，0v）CvCCCvvv110000（4分）mCv6600105753.01.1106328.01（4分）2．（8分）解：HzLcq881035.0121032，（2分）210310688qn，（2分）则可能存在的纵模数有三个，它们对应的q值分别为：68141095.11031085.522cLqLqc，q＋1=1950001，q－1＝1949999（4分）3（20分）解：(1)它产生的基模高斯光束的腰斑半径及腰斑位置。)(122121212LRLRLRLLRRLRLRLf（3分）代入各数值得：f=1cm（1分）又R＝2m＝2L可见此平凹腔为半共焦腔（2分）腰斑半径为：cmfw3401035.514.31109.0（3分）设平面镜距腰斑位置为1z,凹面镜距腰斑位置为2z，则mRLRLLRLzRLRLLRLz1211)1(1021112121122121（4分）可见腰斑位置z=0刚好在平面镜处。（1分）（2）它产生的基模高斯光束的焦参数。其产生的基模高斯光束的焦参数即为产生高斯光束的共焦腔焦参数，即f=1cm（1分）（3）它产生的基模高斯光束的远场发散角：4（8分）解：(1)TEM00模在镜面处的光斑半径为mmLs20.02.0106328.06所以光阑孔径应该为0.2mm（4分）(2)TEM11模在镜面处的光斑半径为mmmss35.02.0312所以光阑孔径为0.35mm（4分）四．（6分）1（6分）答：初始时腔的Q值很低，使腔内的损耗变大，上能级不断积累大量粒子。当在一定的外界激发功率下，上能级上的粒子数积累到最大值，（3分）突然使谐振腔的Q值变高，这时激光器的阈值突然降低，聚