2011年“激光原理和技术”期末考试A卷(答案)

学院姓名学号任课老师考场教室__________选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第1页共页电子科技大学2010-2011学年第2学期期末考试A卷课程名称：_激光原理与技术___考试形式：开卷（笔试）考试日期：2011年6月29日考试时长：120___分钟课程成绩构成：平时30%，期中%，实验%，期末70%本试卷试题由_____部分构成，共_____页。题号一二三四五六七八九十合计得分一.选择题（单选）（共20分，共10题，每题2分)1.下列表达式哪一个不是激光振荡正反馈条件：D。A.qkL22B.qLCq2C.qLq2D.qkL22.下列条件哪一个是激光振荡充分必要条件：A。（为往返相移）A.lrrGq)ln(,2210B.0,2nqC.0,20nqD.0,20Gq3.下列腔型中，肯定为稳定腔的是C。A.凹凸腔B.平凹腔C.对称共焦腔D.共心腔4.下面物理量哪一个与激光器阈值参数无关，D。得分学院姓名学号任课老师考场教室__________选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第2页共页A.单程损耗因子B.腔内光子平均寿命C.Q值与无源线宽D.小信号增益系数5.一般球面稳定腔与对称共焦腔等价，是指它们具有：A。A.相同横模B.相同纵模C.相同损耗D.相同谐振频率6.下列公式哪一个可用于高斯光束薄透镜成像A其中ifzq，R为等相位面曲率半径，L为光腰距离透镜距离。A．Fqq11121；B.FRR11121；C.FLL11121；D.FLL111217.关于自发辐射和受激辐射，下列表述哪一个是正确的？C。A.相同两能级之间跃迁，自发辐射跃迁几率为零，受激辐射跃迁几率不一定为零；B.自发辐射是随机的，其跃迁速率与受激辐射跃迁速率无关；C.爱因斯坦关系式表明受激辐射跃迁速率与自发辐射跃迁速度率成正比；D.自发辐射光相干性好。8.入射光作用下，CA.均匀加宽只有部份原子受激辐射或受激吸收；B.非均匀加宽全部原子受激辐射或受激吸收；C.均匀加宽原子全部以相同几率受激辐射或受激吸收；D.非均匀加宽全部原子以相同几率受激辐射或受激吸收。9.饱和光强C学院姓名学号任课老师考场教室__________选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第3页共页A．与入射光强有光B.与泵浦有关；C.由原子的最大跃迁截面和能级寿命决定；D.与反转集居数密度有关。10.下列条件哪一个是激光器稳定振荡条件？AA.tvGIvG),(；B.tGvvG),(00；C.tGvvG),(00；D.tvGIvG),(二.填空题（共20分，共20空，每空1分)1.电光效应是指在外加电场的作用下，晶体的折射率椭球发生变形，使沿特定方向传播的线偏振光折射率发生相应变化。2.KDP晶体沿纵向加电压，折射率椭球感应主轴旋转了45度，如果所加的电压为“半波电压”，则线偏振光偏振方向将旋转90度。3.横向电光调制中，存在自然双折射影响。4.拉曼-纳斯声光衍射产生多级衍射光，布拉格衍射只产生一级衍射光。5.布拉格衍射可用于声光移频和光束扫描；当进行光束扫描时，通过改变超声波的频率来实现偏转。声光调制通过改变超声波的功率来实现。6.调Q就是调制激光器损耗，当反转集居数密度较低时，Q值很低，激光器不能振荡；当反转集居数密度最大时，突然增加Q值，激光器迅速振荡，形成最大功率的巨脉冲。7.电光调Q脉冲能量比较高，但重复频率低；声光调Q脉冲能量比较低，但重复频率比较高。得分学院姓名学号任课老师考场教室__________选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第4页共页8.锁模激光器输出周期为CL2的脉冲串，脉冲峰值功率正比于模式数目的平方。9.有效光学倍频、光学参量振荡等二阶非线性必须满足相位匹配条件。10.倍频和光学参量振荡基于二阶非线性极化，光学相位共轭基于三阶非线性极化。三、简答题（共10分）1.给出一至二个光子概念实验例子（3分）黑体辐射、光电效应、康普顿散射。2.带偏振器的电光调Q激光器中在电光晶体上加4/电压，为什么不是2/电压？（3分）往返通过。3.倍频对晶体对称性有怎样的要求？（4分）对称性差。得分学院姓名学号任课老师考场教室__________选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第5页共页四.简述题(共30分)1.简述受激辐射和自发辐射的区别与联系（6分）受激辐射是原子在外界入射光扰动下原子从高能级向低能级跃迁产生的辐射，自发辐射是原子不受外界入射光扰动下从高能级向低能级跃迁所产生的辐射。（2分）受激辐射的光频率、传播方向、偏振方向与入射光完全相同，自发辐射光传播方向、偏振方向是随机的，光频率谱线加宽范围内均匀分布。（2分）分配在一个模式中自发辐射跃迁速率等于相同模式内一个光子扰动所产生的受激辐射速率。（2分）2.简述非均匀加宽工作物质“烧孔”现象（6分）频率为1的光入射到非均匀加宽工作物质，只有表观中心频率1'0v附近的原子与光有有效相互作用；表观中心频率远离光频率1v的原子没有有效相互作用。（3分）因此在表观中心频率1'0v附近，由于饱和效应反转集居数密度下降；在表观中心频率远离光频1v，反转集居数密度不变。所以在1'0v附近，增益系数下降，其它频率处增益系数仍为小信号增益，形成一凹陷，称为“烧孔”。（3分）3.简述兰姆凹陷成因（6分）气体多普勒加宽激光器，腔内相反方向传播的两束激光，当激光频率不等于原子中心频率时，两束激光与不同表观中心频率原子相互作用，有两部分原子对激光增益有贡献；当激光频率等于原子中心频率时，两束激光与都与中心频率原子相互作用，只有一部分原子对激光的增益有贡献。（3分）所以当激光频率不等于原子中心频率，但离中心频率不远时，两部分原子对激光的贡献比一部分原子贡献大，因此在激光频率等于原子中心频率出，激光器输出功率比激光频率在中心频率附近低。这个现象称为兰姆凹陷。（3分）学院姓名学号任课老师考场教室__________选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第6页共页4.画出电光强度调制器原理图（4分）5．简述电光调制原理（8分）电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间，其中起偏器1P的偏振方向平行于电光晶体的x轴，检偏器2P的偏振方向平行于y轴，当沿晶体z轴方向加电场后，它们将旋转045变为感应主轴'x，'y。因此，沿z轴入射的光束经起偏器变为平行于x轴的线偏振光，进入晶体后(0z)被分解为沿'x和'y方向的两个分量。（3分）当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，'xE和'yE二分量间就产生了一个相位差。成为椭圆偏振光，再经过检偏正器P2时，只有平行于y轴的光能通过。（3分）1/4波片的作用是将工作点置于斜率最大处。五.计算证明题(每题10分，共20分)1．证明：采用传输矩阵证明任意高斯光束在对称共焦腔中均可自再现。（5分）对称共焦腔往返传播矩阵1001T（2分）自再现变换111112)1(001qqqDCqBAqq学院姓名学号任课老师考场教室__________选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第7页共页2、稳定谐振器的两块反射镜，其曲率半径cmR401，cmR1002，激光波长为nm500.（15分）（1）求腔长L取值范围；（2）选择腔长为cm120，求稳定腔等价共焦腔焦距f；（3）高斯光束束腰位置及束腰半径0；1）求腔长L取值范围；（2）选择腔长为cm120，求稳定腔等价共焦腔焦距f；（3）高斯光束束腰位置及束腰半径0；解：（1）激光稳定性条件1)1)(1(021RLRL得1)1001)(401(0LL，…………………(5分)进一步得cmL400或cmL140100（2）22121212)()())()((RLRLLRRLRLRLf代入后得cmf59.19…………………………………….…(5分)（3）cmRLRLLRLz24)()()(2121mmfw177.0105001059.19092………….……(5分)学院姓名学号任课老师考场教室__________选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第8页共页