激光器件与技术部分习题复习过程.ppt

激光器件与技术部分习题（2）由由得：得：（1）由由得：得：解：解：（1 1）出射光强为入射光强的出射光强为入射光强的63%；（；（2）该激光物该激光物质的增益系数为质的增益系数为0.02cm-1。答：答：2.实实验验测测得得He-Ne激激光光器器以以波波长长 工工作作时时的的小小信信号号增增益益系系数数为为 =3 10-3cm-1。设设饱饱和和光光强强 Is=30W/cm2时时，以以非非均均匀匀增增宽宽计计算算腔腔内内光光强强 =50W/cm2时时的的增增益益系系数数G；为为保保持持振振荡荡稳稳定定,设设反反射射镜镜R2的的反反射射率率为为1,腔腔长长l=10cm，问问R1的的反反射射率率最最小小为为多多少少(除除透透射射损损耗耗外外，腔腔内内其其它它损损耗耗的的损损耗耗率率=9 10-4cm-1)?又又设设光光斑斑面面积积 A1.110-2cm2,反反射射镜镜反反射射系系数数R1=0.992，问，问R1端输出光功率为多少毫瓦。端输出光功率为多少毫瓦。（1），,；（2）R2=1,，=9 10-4cm-1；（3）A1.110-2cm2，R1=0.992。已知：已知：（1）;（2）;（3）通过通过R1的的P=?。求：求：解：解：（1）（2）由由得：得：于是可得于是可得R1的最小值为的最小值为（3）略略。答：答：1.波数也常用作能量的单位，波数也常用作能量的单位，1cm-1能量等于（能量等于（）A.1.2410-7eV；B.1.2410-6eV；C.1.2410-5eV；D.1.2410-4eV。2.自发辐射具有下列性质自发辐射具有下列性质（）A.各向同性；各向同性；B.单色性不好；单色性不好；C.非相干的；非相干的；D.频率范围宽；频率范围宽；E.无确定偏振。无确定偏振。3.原子受激辐射的光与外来的引起受激辐射的光具有原子受激辐射的光与外来的引起受激辐射的光具有（）A.同频率；同频率；B.同发散角；同发散角；C.同量子状态；同量子状态；D.同偏振方向；同偏振方向；E.同传播方向。同传播方向。DA、B、C、D、EA、C、D、E第三章第三章 习题习题不同发散角因为衍射导致4.属于同一状态的光子或同一模式的光波是属于同一状态的光子或同一模式的光波是（）A.相干的；相干的；B.部分相干的；部分相干的；C.不相干的；不相干的；D.非简并的。非简并的。解：解：答：答：每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是5.031019个。个。A5.如果激光器在如果激光器在输出输出1W连续功率，则每秒连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？1瓦瓦=1焦耳焦耳/每秒每秒6.设某固体激光器谐振腔长设某固体激光器谐振腔长50cm，固体激光介质棒长，固体激光介质棒长30cm,其折射率为其折射率为1.6,其本征纵模的频率间隔是多少？其本征纵模的频率间隔是多少？解：解：由驻波形成条件由驻波形成条件 得两相邻纵模间隔为得两相邻纵模间隔为带入已知条件得纵模的频率间隔为带入已知条件得纵模的频率间隔为答：答：略。略。7.设激光器谐振腔长设激光器谐振腔长1m，两反射镜的反射率分别为，两反射镜的反射率分别为80%和和90%,腔内无激活物质腔内无激活物质,且其它损耗不计且其它损耗不计,分别求光在腔分别求光在腔内往返内往返2周及周及t=10-8秒时间的光强是初始光强的倍数。秒时间的光强是初始光强的倍数。解：解：首先假设单位长度激光介质的增益为首先假设单位长度激光介质的增益为G，除反射损耗以外的其它，除反射损耗以外的其它损耗为损耗为，并设入射光强为，并设入射光强为I0，则往返一周的光强，则往返一周的光强Iout为为考虑反射镜损耗，激光器起振条件为考虑反射镜损耗，激光器起振条件为代入上式得：代入上式得：所以得激光器的阈值条件为所以得激光器的阈值条件为因为该题无增益（因为该题无增益（G=0，除反射镜的反射损耗外，无其，除反射镜的反射损耗外，无其他损耗他损耗 ）。）。(1)往返两周上式书为往返两周上式书为把两反射镜的反射率代入得把两反射镜的反射率代入得则则往返一周光强比为往返一周光强比为由此可知由此可知,经过经过 t=10-8s光在腔内可走三个单程。三光在腔内可走三个单程。三个单程个单程有可能有可能 M2两次反射，两次反射，M1一次反射；也有可能一次反射；也有可能M1两两次反射，次反射，M2一次反射。一次反射。(2)经过经过 t=10-8s所走距离所走距离S为为则两种情况的光强比分别为：则两种情况的光强比分别为：M1反射一次，反射一次，M2反射两次反射两次M2反射一次，反射一次，M1反射两次反射两次8.氦氖激光器有下列三种跃迁氦氖激光器有下列三种跃迁,即即3S22P4的的632.8nm,2S22P4的的1.15m和和3S23P4的的3.39m的跃迁的跃迁.求求400K时它们的多普勒线宽时它们的多普勒线宽，并分，并分别用别用GHz、m、cm-1为单位表示为单位表示(Ne原子量原子量20.18,其它其它关系式关系式:)。解：解：三种跃迁的多普勒线宽用三种跃迁的多普勒线宽用GHz表示分别为：表示分别为：三种情况用三种情况用m表示则分别为：表示则分别为：三种情况用相位常数（三种情况用相位常数（cm-1）表示则分别为：）表示则分别为：三种情况用三种情况用cm-1表示则分别为：表示则分别为：三种情况用三种情况用cm-1表示，且由能量换算因子得：表示，且由能量换算因子得：答：答：略。略。习题：习题：1.什么叫热透镜效应？什么叫热透镜效应？热透镜效应：热透镜效应：当棒内折射率变化时，一般棒当棒内折射率变化时，一般棒中心折射率高，向外逐渐减小，中心折射率高，向外逐渐减小，光通过这种棒时，与通过正透镜相类似，因光通过这种棒时，与通过正透镜相类似，因此称之为热透镜效应。此称之为热透镜效应。习题：习题：1.1.在各项同性介质中，沿同一光线方向传播的光在各项同性介质中，沿同一光线方向传播的光波有几种偏振态？它们的波有几种偏振态？它们的D、E、k、s 矢量间有什矢量间有什么关系？么关系？2.2.在各项异性介质中，沿同一波法线方向传播的在各项异性介质中，沿同一波法线方向传播的光波有几种偏振态？它们的光波有几种偏振态？它们的D、E、k、s 矢量间有矢量间有什么关系？什么关系？如果相应于波法线如果相应于波法线方向方向k 的一个电位移矢的一个电位移矢量量D 确定了，与该确定了，与该D平平行的矢径端点为行的矢径端点为B，则，则椭球在椭球在B点的法线方向点的法线方向平行于与该平行于与该D 矢量相矢量相应的应的E 矢量方向。矢量方向。由给定的由给定的D确定确定E、k、s方向图示方向图示这样，给定了这样，给定了D 矢量的方向后，相应的矢量的方向后，相应的E 矢量方矢量方向可用几何方法作出：先过向可用几何方法作出：先过B点作椭圆的切线点作椭圆的切线(或椭球或椭球的切平面的切平面)BT，再由，再由o点向点向BT作垂线作垂线oR，则，则oR 的方向的方向即是即是B点的法线方向点的法线方向,也就也就是与是与D 相应的相应的E 的方向。的方向。另另外外,过过o点点作作BT的的平平行行线线oQ,则则oQ的的方方向向就就是是s的的方方向向,而而垂垂直直于于oB的的方方向向(o J)就就 是是k的的 方方 向向。由给定的由给定的D确定确定E、k、s方向图示方向图示1.一一KDP电光晶体，电光晶体，l=3cm,d=1cm,在在=0.5m时，时，no=1.51,ne=1.47,63=10.510-12mV-1。试比较该晶体分。试比较该晶体分别纵向运用和横向运用，在相位延迟为别纵向运用和横向运用，在相位延迟为=/2时，外时，外加电压的大小各是多少？加电压的大小各是多少？解解：纵向运用时，由纵向运用时，由 得得一、第一次作业一、第一次作业已知：已知：l=3cm,d=1cm,=0.5m，no=1.51,ne=1.47,63=10.510-12mV-1，=/2。求：求：纵向和横向应用纵向和横向应用U/2=?横向运用没有进行温度补偿时：横向运用没有进行温度补偿时：由由 得得横向运用有温度补偿时：横向运用有温度补偿时：由由 得得答：答：纵向运用时其半波电压是纵向运用时其半波电压是3.46kV,横向运用无温横向运用无温度补偿时半波电压是度补偿时半波电压是2.21104kV，有温度补偿时半波有温度补偿时半波电压是电压是。2.LiNbO3晶体在晶体在=0.55m时时,no=2.29,电光系数电光系数 22=3.410-12mV-1，试讨论其沿试讨论其沿 x2 方向外加电压，光方向外加电压，光沿沿x3方向传播的电光延迟和相应的半波电压特性。方向传播的电光延迟和相应的半波电压特性。解：解：电场电场 E 沿沿x2方向方向,则则E1=0,E2=E,光沿光沿x3方向传播方向传播l 的距离后的距离后,由线性电光效应引起的光电延迟为由线性电光效应引起的光电延迟为已知：已知：=0.55m,no=2.29,22=3.410-12mV-1。求：求：半波电压半波电压U=?由由得得则得半波电压为则得半波电压为答：答：光沿光沿x3方向传播的电光延迟为方向传播的电光延迟为对应的的半波电压是对应的的半波电压是 伏。伏。3.一一KDP电光晶体，已知下列数据：电光晶体，已知下列数据：l=3 cm,d=1 cm,=0.5m时，时，no=1.51，ne=1.47,63=10.510-12mV-1。试比较该晶体分别纵向运试比较该晶体分别纵向运用和横向运用时的调制功率。用和横向运用时的调制功率。解：解：纵向运用时，由纵向运用时，由 得得已知：已知：l=3 cm,d=1 cm,=0.5m,no=1.51，ne=1.47,63=10.510-12mV-1。求：求：纵向运用和横向运用时的调制功率纵向运用和横向运用时的调制功率P=?又由又由得得横向运用无温度横向运用无温度补偿时补偿时：，即即又由又由得得由由得得横向运用有温度横向运用有温度补偿时补偿时：由由 得得答：答：纵向运用时的调制功率是纵向运用时的调制功率是1.878kW，横向运用时的，横向运用时的调制功率是调制功率是7.70109kW。又由又由得得4.设计一个实验装置设计一个实验装置,测量测量KDP 晶体的电光系数晶体的电光系数63，画，画出原理图，写出测量步骤。出原理图，写出测量步骤。解：解：测量原理图如下图（以纵向电光调制为例）测量原理图如下图（以纵向电光调制为例）根据晶体纵向电光调制原理，晶体的光强透过率与外加根据晶体纵向电光调制原理，晶体的光强透过率与外加电压有关，即电压有关，即测量步骤为：测量步骤为：以波长为以波长为,光强为光强为Ii平平面单色光平行于面单色光平行于x3轴入射；轴入射；经过主轴经过主轴x3的折射率为的折射率为KDP晶体的折射率晶体的折射率no，其，其外加电压为外加电压为U；检测出射光强检测出射光强It;由由得得电电光系数光系数为为二、第二次作业二、第二次作业1.1.当频率当频率 fs=40MHz 的超声波在熔凝石英声光介质中的超声波在熔凝石英声光介质中(n=1.54)建立起超声场建立起超声场(vs=5.96105cm/s),试计算波长试计算波长为为=1.06m 的入射光满足布拉格条件的布拉格角。的入射光满足布拉格条件的布拉格角。已知：已知：fs=40MHz=40106Hz，n=1.54，vs=5.96105 cms-1=596 ms-1，=1.06m=1.0610-6m。求：求：布拉格角布拉格角解：解：由由 得得2.一钼酸铅声光调制器，对一钼酸铅声光调制器，对He-Ne激光进行调制，已知激光进行调制，已知声功率声功率Ps=1W，声光相互作用长度，声光相互作用长度L=1.8mm，换能器宽换能器宽度度H=0.8mm，M2=36.310-15s3kg-1。试求钼酸铅声光调试求钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。制器的布拉格衍射效率。已知：已知：,Ps=1W,L=1.810-3m，H=0.810-3m，M2=36.310-15s3kg-1。求：求：衍射效率衍射效率?=sh解：解：由由 得得答：答：布拉格角为布拉格角为 。答：答：钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率为钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率为3.0%。液体冷却的两种方式液体冷却的两种方式 全腔整体冷却方式结构简单、体积小，适用于小全腔整体冷却方式结构简单、体积小，适用于小型聚光腔情况。缺点是，冷却液沉淀物污染棒、灯、型聚光腔情况。缺点是，冷却液沉淀物污染棒、灯、腔，造成输出下降。腔，造成输出下降。全腔整体冷却全腔整体冷却分别冷却分别冷却优点：优点：冷却效果好，不污染光腔表面。适用于大功冷却效果好，不污染光腔表面。适用于大功率输出的器件。率输出的器件。液体对泵灯和激光棒分别冷却：液体对泵灯和激光棒分别冷却：缺点：缺点：流动管流动管道和封接环节道和封接环节多多,结构复杂结构复杂.此外玻璃套管此外玻璃套管影响泵浦效率影响泵浦效率.此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢