激光原理与技术习题一_2.docx

激光原理与技术习题一（激光原理与技术）习题一班级序号姓名等级一、选择题1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm-1=eV。A1.24×10-7(B)1.24×10-6(C)1.24×10-5(D)1.24×10-42、若掺Er光纤激光器的中心波长为波长为1.530m，则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为cm-1。A6000(B)6500(C)7000(D)100003、波长为=632.8nm的He-Ne激光器，谱线线宽为=1.7×109Hz。谐振腔长度为50cm。假设该腔被半径为2a=3mm的圆柱面所封闭。则激光线宽内的形式数为个。A6(B)100(C)10000(D)1.2×1094、属于同一状态的光子或同一形式的光波是.(A)相干的(B)部分相干的(C)不相干的(D)非简并的二、填空题1、光子学是一门关于、光子的科学。2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从统计分布。3、设掺Er磷酸盐玻璃中，Er离子在激光上能级上的寿命为10ms，则其谱线宽度为。三、计算与证实题1中心频率为5×108MHz的某光源，相干长度为1m，求此光源的单色性参数及线宽。2某光源面积为10cm2，波长为500nm，求距光源0.5m处的相干面积。3证实每个形式上的平均光子数为1)/exp(1kThv。（激光原理与技术）习题二班级姓名等级一、选择题1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm，等于W。A1×10-6(B)1×10-3(C)30(D)-302、激光器一般工作在状态.(A)阈值附近(B)小信号(C)大信号(D)任何状态二、填空题1、假如激光器在=10m输出1W连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是。2、一束光通过长度为1m的均匀鼓励的工作物质。假如出射光强是入射光强的两倍，则该物质的增益系数为。三、问答题1、以激光笔为例，讲明激光器的基本组成。2、扼要讲明激光的产生经过。3、简述谐振腔的物理思想。4、什么是“增益饱和现象？其产生机理是什么？四、计算与证实题1、设一对激光能级为2E和1E(设g1=g2)，相应的频率为(波长为)，能级上的粒子数密度分别为2n和1n，求(a)当=3000MHz，T=300K时，21/?nn=(b)当=1m，T=300K时，21/?nn=(c)当=1m，21/0.1nn=时，温度T=？2、设光振动随时间变化的函数关系为v0为光源中心频率，试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线。?（激光原理与技术）习题三光线传输的矩阵描绘班级姓名得分一、选择题1如选取透镜的两个焦平面作为入射面和出射面，透镜焦距为f，该光学系统的传输矩阵为。A?-1101fB?-010ffC?-010ffD?10112如某光学系统的两个参考平面为一对物-像共轭平面，则该光学系统的ABCD变换矩阵四个元素中，必有。AA=0BB=0CC=0DD=0二、填空题1当光线顺序通过变换矩阵分别为T1,T2,Tm的m个光学元件组成的光学系统时，前一元件的出射光线作为后一元件的入射光线，分别以第一个元件的入射面和最后一个面的出射面为参考平面，此光学系统的传输矩阵为。2反演对称光学系统对光线的变换作用与光学系统的使用方向无关，这样，反演对称光学系统的正向变换矩阵与反向变换矩阵。3反演对称光学系统变换矩阵的对角元素相等，且对应的行列式的值为。三、计算题1.焦距为10cm的正透镜与焦距为10cm的负透镜相距5cm，求两个透镜组成的光学系统的变换矩阵、等效焦距、主平面H2与H1以及焦点的位置，并作出相应的光路图。分别以两个透镜为参考平面（激光原理与技术）习题四光学谐振腔稳定性与形式班级序号姓名得分一、选择题1共焦腔在稳区图上的坐标为。(A)(-1,-1)(B)(0,0)(C)(1,1)(D)(0,1)2腔的品质因数Q值衡量腔的。A质量优劣B稳定性C存储信号的能力D抗干扰性3今有一球面腔R1=2m,R2=-1m,L=0.8m.该腔为。A稳定腔B非稳定腔C临界腔D不能确定二、填空题1、设某固体激光器谐振腔长50cm，固体激光介质棒长30cm，其折射率为1.6，其本征纵模的频率间隔为。2、设某激光器谐振腔长50cm，反射镜面半径为2cm，光波波长为400nm，则此腔的菲涅耳数为。3、设激光器谐振腔两反射镜的反射率为R1=R2=R=0.98，腔长L=90cm，不计其它损耗，则腔内光子的平均寿命为。设v=5×1014Hz即630nm，则激光腔的Q值为。三、证实题与计算题1试证实共焦腔是稳定腔。2设激光器谐振腔长1m，两反射镜的反射率分别为80%和90%，其它损耗不计，分别求光在腔内往返2周，以及t=10-8秒时的光强是初始光强的倍数。3假设激光腔内存在电磁场形式的电场为：?+-=tjttruEtrEc2exp)(),(0，式中tc为腔内光子寿命。试求：1电场的傅立叶变换；2发射光的功率谱；3谱线宽度。（激光原理与技术）习题五班级序号姓名等级一、选择题1、TEM00高斯光束的强度图为。A(B)(C)(D)2、某单模光纤FP腔的输出特性如右图，该腔的自由谱宽为GHz。A10(B)20(C)40(D)50二、填空题1、激光腔镜的衍射效应起着“筛子的作用，它将腔内的挑选出来。2、FP腔的往返传输矩阵为。三、计算与综合题1某高斯光束入射到焦距为f的薄透镜，该薄透镜位于入射高斯光束的光腰处，如下图。求输出光束光腰位置及其光斑的大小。2为了测试某光纤FP腔的1.55m波段透射特性，需要一台1.55m波段的宽激光光源，可是实验室没有专用的相关波段光源，请同学们提出两种可行的解决方案。班级序号姓名等级一、选择题1、YAG激光器是典型的系统。A二能级(B)三能级(C)四能级(D)多能级2、自然加宽谱线为。A高斯线型(B)抛物线型(C)洛仑兹线型(D)双曲线型3、某谱线的均匀加宽为10MHz，中心频率所对应的谱线函数的极大值为。A0.1s(B)10-7Hz(C)0.1s(D)107Hz二、填空题1、一个模内即便没有光子，但仍具有一定的能量210=，这称为零点能。当有n个光子时，该模具有的能量为。2、线型函数归一化条件的数学表达式是。3、均匀加宽的特点是所有原子对于均匀加宽的奉献，原子不可区分。4、聚光腔的作用是。三、计算与综合题1、分别求频率为vvv?+=2101和vvv?+=2201处的自然加宽线型函数值用峰值gmax表示2、某洛仑兹线型函数为()1220209)(?+-=vvavgs，求该线型函数的线宽v?及常数a。3、考虑谱线加宽之后，原子或粒子的跃迁可用下式描绘?-=?dvvvgBndtdnvst),(021221请解释闪灯泵浦激光器效率不高的原因，指出提高光泵浦效率的途径，试举例讲明。班级序号姓名等级一、选择题1、多普勒加宽发生在介质中。A固体(B)液体(C)气体(D)等离子体2、多普勒加宽谱线中心的光谱线取值为。ADvg?=939.0max(B)Dvg?=637.0max(C)Dvg?=5.0max(D)1max=g3、共焦腔基模光腰为。A20R=(B)R20=(C)R20=(D)R20=二、填空题1、激光器速率方程组是表征和工作物质各有关能级上的随时间变化的微分方程组。2、CO2激光器工作温度为227，则谐振腔内辐射场的单色能量密度Ev=，受激辐射跃迁几率W21=。B21=6×1020m3/Js2，=10.6m三、计算与综合题1、某脉冲激光介质中发光粒子的浓度为n=5×1012cm-3，介质棒长度为L=20cm，横截面面积为A=2mm2，输出光频率为v=4×100THz，假设可将所有发光粒子全部激发到激光上能级，求在一次脉冲经过中输出的能量。如脉冲宽度为=5s，求平均输出功率。2、画出四能级激光系统的能级图，并导出其速率方程组。班级序号姓名等级一、选择题1、某激光器输出功率与泵浦功率之间的关系如右图。则该激光器的斜效率为:。(A)40%(B)50%(C)75%(D)80%2、某激光器输出功率与泵浦功率之间的关系如上题图。则该激光器的泵浦阈值功率为W。(A)2.5(B)5(C)10(D)153、自发辐射爱因斯坦系数A21与激发态E2能级的平均寿命之间的关系是。A=21A(B)121=A(C)2/21=A(D)eA/21=4、阈值条件是构成激光的。(A)充分条件(B)必要条件(C)充分必要条件(D)不确定5、在粒子数反转分布状态下，微观粒子知足。(A)费米分布(B)高斯分布(C)波尔兹曼分布(D)负温度分布6、对同一种介质，小信号增益系数随而变。(A)谱线宽度(B)激发功率(C)粒子数密度(D)自发辐射几率二、填空题1、在连续工作状态下，激光腔内光子数密度N随时间的变化可表示为。2、小信号情况下，反转粒子数n?及增益系数与无关，与泵浦几率成正比。增益系数与入射光的频率有关。三、计算与综合题1、氦氖激光器有下列三种跃迁，即3S2-2P4的632.8nm，2S2-2P4的1.1523m和3S2-3P4的3.39m的跃迁。求400K时它们的多普勒线宽，分别用GHz、m、cm-1为单位表示。为了得到632.8nm的激光振荡，常采用什么办法？班级序号姓名等级一、多项选择5个备选答案中至少2个正确1、自发辐射具有下列性质A各向同性B单色性不好C非相干的D频率范围宽E无确定偏振2、原子受激辐射的光与外来的引起受激辐射的光具有.A频率B发散角C量子状态D偏振E传播方向3、光谱线加宽是由下列因素引起的A原子碰撞B激发态有一定寿命C热运动D多普勒效应E温度变化4、在连续运转激光器稳定状态A增益系数随泵浦功率增加B增益系数随光强增加而减小C小信号增益系数随光强增加D小信号增益系数随泵浦功率增加E增益系数等于阈值增益系数5、光谱线均匀加宽对应下列讲法BA大量原子集体具有一定的寿命B大量原子集体中的原子互相碰撞C大量原子以同一线型发射D发射线型为高斯线型E发射线型为洛伦兹线型二、填空题1、某激光器输出功率与泵浦功率之间的关系如右图。则该激光器的泵浦阈值功率为W。2、非均匀加宽工作物质中反转粒子数的饱和行为会产生“烧孔效应。当入射光频率为v2时，将使中心频率在范围内的粒子有饱和作用，在)(vn?曲线上构成一个以v2为中心的孔，孔的深度为，孔的宽度为。三、计算与综合题1、若红宝石被光泵鼓励，求激光能级跃迁的饱和光强。请将解答写在反面2、长度为10cm的红宝石棒置于长度为20cm的光谐振腔中，红宝石694.3nm谱线的自发辐射寿命3410ss-?，均匀加宽线宽为5210MHz?。光腔单程损耗0.2=。求(1)阈值反转粒子数tn?； (2)当光泵鼓励产生反转粒子数1.2nn?=?时，有多少个纵模能够振荡？(红宝石折射率为1.76)班级序号姓名等级1、设某激光的小信号峰值增益系数为maxG，阈值增益系数为tG。令激发参量tGGmax=，试证实：对于非均匀加宽工作物质来讲，其振荡线宽与荧光线宽之间的关系为Doscvv?=?2lnln。2、试画图讲明形式竞争经过3、什么叫形式的空间竞争？为了在均匀激光器中实现单模运转，能够采用什么措施？4、连续激光器稳定工作时的增益系数能否会随泵浦功率的提高而增加？为什么？5、CO2激光器谐振腔长L=0.8m，放电管直径d=20mm，输出镜透射率T=0.04，其它往返损耗率为a=0.04。求1腔内的稳定光强；2激光器的输出功率；3最佳输出功率。设只要v0一个形式振荡，经历公式：Gmax=1.4×10-2/d(1/mm),Is=72/d2(W/mm2)6、He-Ne激光器谐振腔长L=1.5m，输出镜截面面积S=1mm2，输出镜透射率T=0.02，激活介质的线宽为1GHz，饱和参量Is=10W/mm2，现将此激光器激活，激发参量为4。求总输出功率。所有形式都按中心频率计算)7、非均匀加宽气体激光器中，已知Gmax=10-4(1/mm)，总单程损耗率为=0.02，腔长L=0.5m，入射强光频率为Dvvv?+=210，且光强到达稳定，求该光在增益曲线上所烧孔的深度G。（激光原理与技术）习题十一脉冲激光器工作特性班级序号姓名等级一、多项选择5个备选答案中至少2个正确1、当光泵能量低于阈值时，作用占优，可观察到荧光谱。A自发辐射B受激辐射C受激吸收D不确定2、当光泵能量高于阈值时，作用占优，可观察到激光。A自发辐射B受激辐射C受激吸收D不确定3、三能级系统激光器，至少要把总粒子数的抽运到激光上能级，才能实现激光振荡。A1/2B1/3C1/4D1/10二、简答与分析题1、什么是弛豫振荡效应？2、右图可用于解释脉冲激光器的输出特性，其中为腔内光子数密度，n腔内反转粒子数密度，nt为阈值反转粒子数密度。请解释脉冲激光器的输出激光为什么具有“尖峰构造。3、以三能级系统为例，讲明总量子效率的物理意义。怎样提高总量子效率？三、计算与综合题1、脉冲掺钕钇屡石榴石激光器的两个反射镜透过率1T、2T分别为0和0.5。工作物质直径d=0.8cm，折射率=1.836，总量子效率为1，荧光线宽111.9510HzF?=?，自发辐射寿命42.310ss-=?。假设光泵吸收带的平均波长P0.8m=。试估算此激光器所需吸收的阈值泵浦能量ptE。