激光原理内部资料-绝版

1第一章光的基本原理1.LASER英文名称的含义是什么？激光是何时发明的？2.激光的基本特性是什么？3.激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？4.什么是黑体辐射？写出Planck公式，并说明它的物理意义。5.什么是光波模式和光子态？6.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度、相干面积和相干体积？2第一章光的基本原理7.什么是光子简并度？8.激光的基本物理基础是什么？9.描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。10、Einstein系数有哪些？他们之间的关系是什么？11、什么是热平衡时能级粒子数的分布？12、产生激光的必要条件是什么？13、什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？314、如何定义激光增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和？（可结合第三章内容）15、什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？16、如何理解激光的空间相干性与方向性？如何理解激光的时间相干性？如何理解激光的相干光强？4第二章开放式光腔与高斯光束1.什么是谐振腔的谐振条件？2.如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目?3.在激光谐振腔中有哪些损耗因素？4.哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关系如何？5.熟悉射线矩阵光学，会进行推导。6.什么是激光谐振腔的稳定性条件？7.画出激光谐振腔的稳定性图，并标出几种典型的谐振腔在图中的位置。5第二章开放式光腔与高斯光束8.如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？9.求解菲涅耳－基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么10、能画出圆形镜、方形镜几个横模的光斑花样吗？11、如何计算基模高斯光束的主要参量：腰斑的大小、腰斑的位置、镜面上光斑的大小、任意位置处激光光斑的大小、等相位面曲率半径、光束的远场发散角、模体积？12、高阶高斯光束有哪些？6第二章开放式光腔与高斯光束13、什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性?14、如何计算一般稳定球面腔的主要参量？15、什么是腔的菲涅耳数？它与腔的损耗有什么关系？16、高斯光束的表征方法有哪些？什么是q参数？17、高斯光束q参数的变换规律是什么？如何描述激光束的质量好坏，是如何定义？7第二章开放式光腔与高斯光束18、什么是高斯光束的自再现变换？19、高斯光束的自再现变换与稳定球面腔有什么关系？20、非稳腔与稳定腔的区别是什么？举例说明哪些是非稳腔？8第4章电磁场与物质的共振相互作用1.激光器的理论有哪些？2.什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？加宽机制是什么？3.如何定义线型函数和谱线宽度？4.如何理解均匀加宽和非均匀加宽？5.如何求自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽？6.如何理解受激发射截面？与哪些因素有关？9第4章电磁场与物质的共振相互作用7.分析三能级和四能级系统中粒子在各能级之间的跃迁过程，并写出速率方程。8.说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理，并写出激光增益的表达式。9.饱和光强有什么含义？怎么定义的？10、什么是小信号增益、大信号增益？11、在强光入射下，均匀加宽和非均匀加宽工作物质中，弱光的增益系数如何变化？10第4章电磁场与物质的共振相互作用12、描述非均匀加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效应”，并说明原理。11第5章激光振荡特性1、激光器有哪些类型？2、激光器的振荡条件是什么？稳定工作条件又是什么？3、激光器的阈值参数怎么计算？4、在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不同？5、如何计算均匀加宽单模激光器的输出功率？6、为什么存在最佳透过率？如何计算？12第5章激光振荡特性7、什么是兰姆凹陷？8、什么是激光器的驰豫振荡现象？如何定性解释？9、为什么存在线宽极限？它取决于什么？10、什么是频率牵引？11、当激光器的激励强弱不同时，可使工作物质处于哪几种状态，各输出什么光？答：当，满足放大条件，但无法满足输出激光的条件，腔中自发辐射占主要位置，反转的粒子数将主要通过自发辐射跃迁到低能级，即反转的粒子数将对自发辐射进行放大。13第5章激光振荡特性连续激光器脉冲激光器连续激光放大器脉冲激光激光放大器14激光技术1、什么是激光器的驰豫振荡现象？如何定性解释？2、什么是a.电光调制、b.声光调制、c.磁光调制、d.直接调制？3、说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量随时间的变化。4、说明锁模技术的基本原理。5、指出激光倍频的物理基础，并画出典型的内腔倍频和外腔倍频光路图。15第一章1．为使氦氖激光器的相干长度达到1km，它的单色性应是多少？0210=ccccLL相干长度：168．(1)一质地均匀的材料对光的吸收系数为，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)一束光通过长度为1m的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。0.011001outineee0.37lII1outin1lnln20.69mIglI17试阵证为稳轴线无两闭利用往返矩明共焦腔定腔，即任意旁光在其中1可以往返限多次，而且次往返即自行.合。121222101011AB21210101C1D2A1100B2101RRLRRLRR对称阵为证在共焦腔中，,因明：此其往返矩式中:TLLLL121112222222C10D111RRRRRRLLLL第一章1812111,110101101012nnnnnnrLrnnnnnLrnrnABCD阵写为显阵为满轴稳条当时，有，轴线两闭因此n次往返矩可以然，不管多大，其矩元有限值，足共球面腔的定性件。并且，其表示任意旁光次往返即自行合。TTTTTTT19试双轴稳条求平凹、凹、凹凸2共球面腔的定性.件。121221222,01,101,011RRLggRLggRRL轴镜,即。,稳条平凹共球面因此，根据定解知)件(1性：12121212112212120,01,101,011100RRLLggRRggLLRRRLRLRLRLRRL双轴镜,即。,稳条(2)或凹共球面因此，根据定性件知2011121212121220,01,1,01,01011RRLLgRLRRLgRRggLLRR轴镜,即。稳条凹凸共球面因此，根据定性件知(2)21L谐径为镜径为镜组质长，为长围内稳激光器的振腔由一面曲率半1m的凸面和曲率半2m的凹面成，工作物0.5m其折射率1.52，求3腔在什么范是.定腔。0102101010.510.520210101101010.5210.520210101LTnnRLLnnR阵设质让线从镜发经历终阵为利用往返矩方法。假工作物位于空腔中心。光凸面出，往返一次需6次平移、4次折射、2次反射，其矩最往返解.00101010.510.52000101Lnnnn221.1110.9141.34220.1712221712.11271LALLDLAD0121.52,1,1,2nnRR简。阵计把代入上式，化提取矩元A和D,算得0,10.1711011.520.70121110bbnLADLTLLn实际题计线阵积为阵得换，上，此只需算划部分的矩即可。令其大平移矩T然后注意，把公式中的成，可得出答案。23121.5,1,808.RmRmLcm。试证该为稳参数图画今有一球面腔，明腔定腔；求出它的等价共焦腔的；在上出等价共焦腔的具体位置。1212120.870.811;111.81.515100.841,LLggRRgg该为稳球面腔定解：球面腔。21120.810.81.50.810.8721.3111.351m5LRLzRLRL稳参为镜边处数等价共焦腔中心定球面腔均有唯一的等价共焦腔，右其征在特241212221220.81.50.810.81.510.80.560.540.251.211.50.810.80.50.5mm1LRLRLRRLfRLRLfm为长为等价共焦腔焦距或腔1R2R1zLfO稳定球面腔等价共焦腔图作251RmL镜镜问应稳获远场画发长关线今有一平面和一的凹面，：如何构成一平－凹定腔以得最小的基模角；出光束散角1与1腔的系曲.。题镜处镜径为显们稳图：根据意，平面可放在高斯光束的束腰，凹面放在曲率半Rz=1m的等相位面上，然它能构成定球面腔。如下解所示。L0wRz0z002221wffRLLL2620422114122LLL00min2212Lm显当时远场发然，，散角有最小值，即0L单随长变线取位腔的化曲如下：12042LL－2701.14,10.630110140.00wmmmcmmmwR为。远处径径。某高斯光束束腰斑大小求与束腰相距、、的光斑半及波前曲率半222002011wzwzwRzzwz径径别为光斑半和波前曲率半分；解：0.31.4451029.620.3;100.791010002.9610001000wmmwmmzmzmRzmRzmwmzmRzm关参数别因此，代入相，分有28第4章8T：若已知红宝石的跃迁几率数据：，估算等于多少时红宝石对的光是透明的。(红宝石，激光上、下能级的统计权重，计算中可不计光的各种损耗。)解：该系统是一个三能级系统，速率方程组为因，且可不计光的各种损耗，速率方程组为：12ff31133323122121022121332123()(I)()(,)()(II)ldnnWnSAdtdnnnvNnASnSdtnnnn21210(III)()(,)(IV)lldNnnvNdt29因为，红宝石对的光是透明的，即腔内光子数不随时间变化：2121021()(,)=0=lldNnnvNdtnn113333231/0nWdndtnSA对于稳态时：11323222121323113212131320()0()(1/)nWdnSnASdtSAWASAS307T：二能级的波数分别为18340cm-1和2627cm-1，相应的量子数分别为f1=3,f2=3,上能级的自发辐射概率为A21=10S-1，测出自发辐射谱线形状如图所示。求中心频率发射截面σ21。31此二能级系统发出的中心频率为：021021811411113.010/1834026271.571310ZEhhccmscmH由线型函数的归一化条件：03,1142223113kkkgdkkk3201,3gk由图可以看