激光技术试题及答案

1.热平衡时，原子能级E2的数密度为n2，下能级E1的数密度为n1，设21gg，求：(1)当原子跃迁时相应频率为＝3000MHz，T＝300K时n2/n1为若干。(2)若原子跃迁时发光波长＝1，n2/n1＝0.1时，则温度T为多高？答：（1）(//mnEEmmkTnnngeng）则有：1]3001038.11031063.6exp[2393412kThenn（2）KTTennkTh3623834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[2.静止氖原子的3S22P4谱线的中心波长为0.6328m，设氖原子分别以0.1c,0.5c的速度向着接收器运动，问接收到的频率各为多少？答：Hzcccc146801.010241.5106328.01039.01.19.01.111同理可求：Hzc141.010288.4；Hzc145.010211.8；Hzc145.010737.23.利用下列数据，估算红宝石的光增益系数n2－n1＝51018cm-3，1/f()＝2×1011s-1，t自发＝211A310-3s，λ＝0.6943m，＝l.5，g1＝g2。答：)(8)(8)(8)()(222133321333212121fAnfhchcAnGchBAfhcnBG11122431871.010215.18)106943.0(1031105)(cmG4.(a)要制作一个腔长L＝60cm的对称稳定腔，反射镜的曲率半径取值范围如何？(b)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。答：（a）RRR21；cmRRLRL301)1)(1(0（b）LRLRRLRLRL31)1(4301)1)(1(022221或5.实验测得He-Ne激光器以波长＝0.6328工作时的小讯号增益系数为G0＝310－4/d(cm-1)，d为腔内毛细管内径(cm)。以非均匀增宽计算腔内光强I＝50W／cm2的增益系数G(设饱和光强Is＝30W／cm2时，d＝1mm)，并问这时为保持振荡稳定，两反射镜的反射率(设r1＝r2，腔长0.1m)最小为多少(除透射损耗外，腔内其它损耗的损耗率a内＝910－4cm-1)?又设光斑面积A＝0.11mm2，透射系数＝0.008，镜面一端输出，求这时输出功率为多少毫瓦。答：（1）13211421010837.1)30501(10103)1()()(cmIIDGsDD（2）99.0120)10910837.1exp(12)exp(43221rrLaGrrK内（3）mWIAP44.010501011.0008.03206.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)答：HzLcq881035.0121032，210310688qn，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＝19499997.连续工作的CO2激光器输出功率为50W，聚焦后的基模有效截面直径2w＝50m，计算(1)每平方厘米平均功率(50W为有效截面内的功率)(2)试与氩弧焊设备(104W／cm2)及氧乙炔焰(103W／cm2)比较，分别为它们的多少倍？答：（1）每平方厘米的平均功率为：26242/10546.2)1025(50W50cmW（2）6.2541010546.246；是氩弧焊的6.254倍。38610546.21010546.2；是氧乙炔焰的2546倍。8.激光的远场发散角(半角)还受到衍射效应的限制。它不能小于激光通过输出孔时的衍射极限角衍(半角)＝1.22λ/d。在实际应用中远场发散角常用爱里斑衍射极限角来近似。试计算腔长为30cm的氦氖激光器，所发波长λ＝6328Å的远场发散角和以放电管直径d＝2mm为输出孔的衍射极限角。答：（1）远场发散角radL3210101588.1103010632822（2）衍射极限角radd43101086.310210632822.122.19.一共焦腔(对称)L＝0.40m，λ＝0.6328m，束腰半径mmw2.00，求离腰56cm处的光束有效截面半径。答：mmzz6.0))102(56.0106328(1102.0)(1224103220056.010.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？答：(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(2)TEM11模在镜面处的光斑半径为mmmss35.02.0312所以光阑孔径为0.35mm11.用如图（4－33）所示的倒置望远镜系统改善由对称共焦腔输出的光束方向性。已知二透镜的焦距分别为f1＝2.5cm，f2＝20cm，0w＝0.28mm，11fl(Ll紧靠腔的输出镜面)，求该望远镜系统光束发散角的压缩比。w0w0'w0''L1L2f2f1l2图（4-33）第5题答：31.1125.220012ffM