长春理工大学---激光技术-习题

激光技术习题长春理工大学电子科学与技术系绪论小结什么是激光？激光的英文表达形式及缩写分别是什么？激光具备哪些特点？根据这些特点可以实现哪些应用？试列举出3个。世界上第一台激光器是什么激光器？输出波长是多少？学习本课程的方法和意义是什么？你喜欢什么样的讲授方式？对课堂教学有什么要求和期望？第1章激光调制与偏转技术1.1调制的基本概念1.2电光调制1.3声光调制1.1.1振幅调制1.1.2频率调制和相位调制1.1.3强度调制1.1.4脉冲调制1.1.5脉冲编码调制1.2.1电光调制的物理基础1.2.2电光强度调制1.2.3电光相位调制1.2.7设计电光调制器应考虑的问题1.3.1声光调制的物理基础1.3.2声光互作用的两种类型1.3.3声光体调制器1.3.6设计声光调制器应考虑的事项调制的基本概念小结什么是调制？什么是激光调制？如何进行激光调制？根据调制的性质，可将调制分为哪几类？试以振幅调制为例，分析情况下的调制系数和调幅波的频谱情况。什么是脉冲调制？脉冲调制的类型包括哪些？0()()cos()()coscccmetAttatAt载波信号：调制信号：电光调制小结电光调制的物理基础是什么？什么是泡克尔斯效应？什么是克尔效应？什么是纵向电光调制？什么是横向电光调制？二者各自的特点是什么？为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z切割的KDP晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。试问，(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x和y轴取向应如何？(2)若波长为628nm，no=1.51，γ63=23.6*10-12m/V，计算其半波电压，并与单块晶体调制器进行比较。试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏振光、椭圆偏振光、自然光)，并指出是根据什么现象？如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制？为什么？答案：(1)为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x和y轴逐块旋转90度安置，z轴方向一致（如下图），(2)四块晶体叠加后，每块晶体的电压为：而单块晶体的半波电压为：与前者相差4倍。xyzxyzxyzxyzV966106.2351.1210628.0412n41V41V123-663302'2V3864106.2351.1210628.02nV123-663302答案：(1)实验装置：偏振片和白色屏幕。a.在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。b.在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强有两次强弱变化，但无消光现象发生，则为椭圆偏振光。c.在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强没有变化；则为自然光或圆偏振光。再在偏振片前放置一个1/4波片，如果其为圆偏振光，则会变为线偏振光，转动偏振片一周，就可出现a的现象；若不出现a现象，则说明其为自然光。(2)自然光得不到调制。原因是自然光没有固定的偏振方向，当它通过电光晶体后没有固定的位相差；因而不能进行调制。声光调制小结声光调制的物理基础是什么？声光互作用的两种类型是什么？各自具有怎样的特点？设光波波长为500nm，水的折射率n=1.33,声波频率为500MHz，声速为1.5km/s，试求解水中的声光布拉格衍射角度。一钼酸铅(PbMoO4)声光调制器，对He-Ne激光进行调制。已知声功率Ps=1W，声光互作用长度L=1.8m，换能器宽度H=0.8mm,M2=36.3*10-15s3/kg，试求钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。设计声光调制器应该注意哪些问题？如何选择声光材料？答案：06266.010500105.133.12105.02sin636ssBfnvoBrad4.306.0答案：%9.77.31sin1103.36108.08.1108.6322sin2sin21539222ssPMHL第2章调Q（Q开关）技术2.1概述2.2调Q激光器的基本理论2.3电光调Q2.4设计电光调Q激光器应考虑的问题2.5声光调Q2.6被动式可饱和吸收调Q2.1.1脉冲固体激光器的输出特性2.1.2调Q的基本原理2.1.3实现调Q对激光器的基本要求2.2.1调Q的速率方程2.2.2速率方程的求解2.3.1带偏振器的电光调Q器件2.3.3脉冲透射式(PTM)调Q2.4.1调制晶体材料的选择2.4.3对激光工作物质的要求2.5.1声光调Q的基本原理2.5.2声光调Q器件的结构及设计2.6.1可饱和吸收染料的调Q原理2.6.3染料调Q激光器及其输出特性调Q激光器绪论部分小结试列举出3个调Q技术的应用。什么是驰豫振荡现象？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脉冲形成过程中个参量随时间的变化。试根据下图所示的泵浦速率和腔损耗情况画出相应的腔内光子数变化和上能级粒子数的变化情况。实现调Q对激光器的要求是什么？调Q激光器的基本理论小结有一红宝石阶跃式调Q激光器，棒长等于腔长L=10cm，截面积S=0.75cm2，Cr的浓度为N=1.58*1019cm-3，n=1.76，输出镜反射率R=0.5，内部散射损耗δ=0.01cm-1。已知反转粒子数Δni=0.22N，阈值反转粒子数Δnt=0.1N，求调Q巨脉冲的峰值功率Pm，脉冲能量E和脉宽Δt。答案参见教科书例题。电光调Q小结脉冲透射式(PTM)调Q具有什么优势？它与脉冲反射式(PRM)调Q有何不同？试分析下图所示电光调Q激光器的工作过程。并计算当电光晶体l=25mm，no=ne=1.05，γ63=23.6*10-17m/V时，电光晶体上的1/4波长电压值。氙灯YAG激光全反镜输出镜偏振器KD*P/4Uxzy答案：工作过程参见课件或教材。两偏振光出射时的相位差为令得到为Vn633022/4/VVnV3123663304/1069987.9106.2305.141006.14声光调Q小结当频率fs=40MHz的超声波在熔融石英声光介质(n=1.54)中建立起超声场(vs=5.96*105cm/s)时，试计算波长为1.06μm的入射光满足布拉格条件的入射角θ。一个声光调Q器件(L=50mm,H=5mm)是用熔融石英材料做成的，用于连续YAG激光器调Q。已知声光器件的电声转换效率为40%,求(1)声光器件的驱动功率Ps应为多大？(2)声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率应为多少？设计声光Q开关需要考虑哪些因素？答案：00231.0/1040/1096.554.121006.122sin654sscmcmfnvnsssB所以：0132.0B答案：22121MLHPs作为声光调Q器件，要求其衍射效率达100%，此时需要的声功率为：(注：Mw是材料与水的品质因数比值，为1/106。)若声光器件的电声转换效率为40%，则所需声光器件的驱动功率为(实际上为所需加的电功率)：W5.934.04.37WMLHPrws4.378.63210641061150526.1126.122声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率的大小应该由判据来定，即L2L0。而L0=λs2/λ=vs2/(fs2λ)所以MHzLvLvfsss3710501006.11096.52221452第3章超短脉冲技术3.1概述3.2主动锁模3.3被动锁模3.6单一脉冲的选取与超短脉冲测量技术3.1.1多模激光器的输出特性3.1.2锁模的基本原理3.1.3锁模的方法3.2.1振幅调制锁模3.2.3主动锁模激光器的结构及其设计要点3.3.1固体激光器的被动锁模3.1.2染料激光器的被动锁模3.6.1单一脉冲的选取3.6.2超短脉冲的测量技术概述小结什么是锁模技术？锁模激光器具有怎样的输出特性？锁模类型包括哪些？锁模的方法包括哪些？有一掺钕钇铝石榴石激光器，振荡线宽(荧光谱线中能产生激光振荡的范围)Δνosc=12×1010Hz，腔长L＝0.5m，试计算激光器的参量；(1)纵模频率间隔；(2)Δνosc内可容纳纵模的数目；(3)假设各纵模振幅相等，求锁模后脉冲的宽度和周期；(4)锁模脉冲及脉冲间隔占有的空间距离。一台锁模激光器，腔长L=1m，假设超过阈值的所有纵模被锁定。(1)若工作物质是红宝石，棒长l=10cm，n=1.76,Δλg=0.5nm，λ=694.3nm。(2)若工作物质是钕玻璃，棒长l=10cm，n=1.83,Δλg=28nm，λ=1.06µm。(3)若工作物质是He-Ne，棒长l=100cm，Δλg=2pm，λ=632.8nm。分别求出输出的脉冲宽度、脉冲间隔和模式数。从计算的结果可以得出什么结论？答案：(1)纵模频率间隔(2)△νosc内可容纳纵模的数目(3)锁模后脉冲的宽度锁模后脉冲的周期(4)锁模脉冲占有的空间距离脉冲间隔占有的空间距离)(1035.02103288HzLcq1081210'400310oscqN12811118.310()21400310qsN)(103.31035.02298scLT31220.52.510()(21)400cLdcmNc)(15.0221mcLccTd答案：(1)谐振腔的光学腔长为谐振腔决定的模式间隔为激光介质的增益线宽为则可以振荡的模式数输出的脉冲宽度输出的脉冲间隔)(076.176.11.011.011/mnlnlLL)(10394.1076.12103288/HzLcq)(1011.3105.0103.6941031192982Hzcgg223010394.11011.3811/qgN)(1022.310394.11223011121128sNq)(1017.7103076.12298/scLT答案：(2)谐振腔的光学腔长为谐振腔决定的模式间隔为激光介质的增益线宽为则可以振荡的模式数输出的脉冲宽度输出的脉冲间隔)(083.183.11.011.011/mnlnlLL)(10385.1083.12103288/HzLcq)(1048.710281006.11031292682Hzcgg5400710385.11048.7812/qgN)(1037.110385.115400711121138sNq)(1022.7103083.12298/scLT答案：(3)谐振腔的光学腔长为谐振腔决定的模式间隔为激光介质的增益线宽为则可以振荡的模式数输出的脉冲宽度输出的脉冲间隔)(111/mnlL)(105.112103288/HzLcq)(1050.1102108.6321039122982Hzcgg10105.1105.189/qgN)(1067.6105.111011121108sNq)(1067.610312298/scLT主动锁模小结什么是主动锁模？主动锁模可以分为那两类？主动锁模激光器的设计要点有哪些？在谐振腔中部L/2放置一损耗调制器，要获得锁模光脉冲，调制器的损耗周期T应为多大？每个脉冲的能量与调制器放在紧靠端面镜子处的情况有何差别？有一