激光原理与技术期末考试卷(2007.docx

《激光原理与技术期末考试卷(2007.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光原理与技术期末考试卷(2007.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、激光原理与技术期末考试卷(2007激光原理与技术期末考试卷(20071基本概念题(选做5小题，每题5分)1.1激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？1.2试辨析激光振荡器、激光放大器和激光器的区别1.3激光器的主要泵浦方式有哪些？各举一典型激光器实例。1.4激光具有哪些基本特性？试举3个应用实例，并讲明各自应用了激光的哪方面特性。1.5何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？1.6何谓有源腔和无源腔？怎样理解激光线宽极限和频率牵引效应？1.7在粒子反转数密度n大于0时，在激光腔中一定能产生自激振荡吗?为什么？2.综合考虑题(选做2小题，每题15分)2.1何谓介质的吸收截面？现有红宝石样品一

2、块，试设计一实验方案测量该样品的吸收截面，列出实验所需的设备和元器件。2.2选模复合腔如下图，M1、M2、M3为全反镜，M4为部分反射镜。(1)试分析其选模原理和条件；(2)如腔内增益介质振荡线宽为osc,为了获得单纵模输出，l1、l2应怎样选择？2.3(1)三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？扼要讲明它们在实现粒子数反转经过中的特点；(2)试列出二能级系统的速率方程组设能级简并度f1=f2。(3)分析二能级系统能否实现粒子数反转。3.计算题(选做3小题，每题15分)3.1Whatwouldbetheoutputintensityofahelium-neonlaseroperatingat

3、632.8nmifithasasmall-signalgainof0.15/m?Thelaserhastwomirrorsofreflectivity99.99%and98%,again-mediumlengthof0.2m,andessentiallynoscatteringlosses.3.2ANd:YVO4laseroperatinginapulsedmodeat1.06misplacedinacavitywithmirrorsof95%ateachendofthelaser.Thescatteringlossesaredeterminedtobe0.4%perpass.Ifthelas

4、erproducesoutputpulsesof200-sdurationinabeamofdiameter6mmandifthesmall-signalgainismeasuredtobe20%perpass,whatwouldbetheenergyofthepulsesemergingfromthelaser?3.3Nd3+ionsaredopedintoYAGata1%atomicconcentration,whichcorrespondstoadensityofNdatomsof1.381026percubicmeterinthelaserrod.Ifalloftheseatomswe

5、reinstantlypumpedtotheupperlaserlevelandthenbegantoradiate,whatwouldbetheradiatedenergypercubicmeterandtheaveragepowerpercubicmeterradiatedfromthismaterialattheemissionwavelengthof1.06m?ifthepowerradiatedfromonecubiccentimetercouldbeconcentratedintoaspot1mmindiameter,whatwouldbetheintensity(power/m)

6、3.4长度为10cm的红宝石棒置于长度为22cm的光谐振腔中，红宝石694.3nm谱线的自发辐射寿命s4ms,均匀加宽线宽为2105MHz,，光腔单程损耗=0.2。求：(1)阈值反转粒子数密度nt；(2)当光泵鼓励产生反转粒子数密度n=1.25nt时，有多少个纵模能够振荡(红宝石折射率为1.76);(3)假设红宝石棒的横截面为1cm2,其中Cr3+离子浓度为21019cm-3，采用调Q技术获得T=10ns的巨脉冲输出，试估算理想情况下可获得的激光脉冲能量和峰值功率。3.5一内腔式He-Ne激光器腔长L=500mm，F=1500MHz，在一定的泵浦功率下，测得最大增益系数gmax=210-4mm

7、-1，忽略腔内其它损耗。试问(1)要产生激光振荡，输出端的透过率不得超太多少?(2)若输出端的透过率T=0.1时，腔内有可能构成多少个纵模振荡?4.创意题：试以任何表现形式注意别违背考场纪律最有效、最大限度地展示你对这门课理解的程度深度、广度选做题附加分1基本概念题(选做5小题，每题5分)1.1激光具有哪些基本特性？试举3个应用实例，并讲明各自应用了激光的哪方面特性。1.2三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例.1.3何谓调Q技术？调Q技术有哪些主要实现方法？1.4对于线宽为的洛仑兹函数和高斯函数，-0为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函

8、数值？1.5试辨析激光振荡器、激光放大器和激光器的区别。1.6何谓有源腔和无源腔？为什么激光的谱线总是有一定的宽度？1.7小信号增益系数和大信号增益系数有何不同，怎样区分？小信号的增益系数对激光输出功率有什么影响？2.综合考虑题(选做2小题，每题15分)2.1一均匀加宽的连续激光器，腔长为L，工作物质为三能级系统，其长度为l，折射率1，两反射镜的光强反射率分别为r1=1，r21，腔内损耗系数为，激光的起振频率为，均匀加宽的线宽为H，各能级间的跃迁系数分别在能级图上给出。R1和R2为泵浦速率，工作物质的原子系统的总粒子数为n，各能级的简并度为f1=f3=1,f2=2。(1)试列出该激光器的速率方

9、程。(2)在R1和R2恒定的条件下，求稳态时腔中的光子数密度N。(3)若工作物质的有效截面积为D2/4，在忽略光子的横向和纵向不均匀的情况下，求出激光器的稳态输出功率表达式。2.2设有两束频率分别为0+和0-，光强为I1及I2的强光沿一样方向或相反方向通过中心频率为0的非均匀加宽的气体增益介质(I1I2)。(1)试分别画出反转粒子数按速度vz的分布曲线n(vz)，并标出烧孔位置及烧孔深度。(2)试问有效泵浦功率或气体的气压变化，对分布曲线n(vz)有何影响？2.3选模复合腔如下图，M、M1、M2为全反镜，M3为部分透射镜。(1)试分析其选模原理和条件；(2)如腔内增益介质振荡线宽为osc,为了

10、获得单纵模输出，l1、l2应怎样选择？3.计算题(选做3小题，每题15分)3.1Whatwouldbetheoutputintensityofahelium-neonlaseroperatingat632.8nmifithasasmall-signalgainof0.15/m?Thelaserhastwomirrorsofreflectivity99.99%and97%,again-mediumlengthof0.4m,andessentiallynoscatteringlosses.(WeassumethatthedominantbroadeningisDopplerbroadeningan

11、dthelaserhasthesaturateintensityof15W/cm2)3.2WhatwouldbethethresholdinversiondensitynthforaNd:YAGlaserifithastwomirrorsofreflectivity99.99%and50%,again-mediumlengthof10cm,andessentiallynoscatteringlosses?Thelaserhasastimulatedemissioncrosssection21of2.810-23m2.3.3计算在理想的情况下，长度为10cm，横截面为1cm2,Cr3+离子浓度为

12、21019cm-3的红宝石调Q激光器可能获得最大光能量是多少？对于具有一样几何尺寸，含一样离子浓度Nd3+的钕玻璃激光器可能获得最大光能量是多少？若巨脉冲宽度为T=10ns，则腔内激光的峰值功率又为多少？红宝石激光器和钕玻璃激光器的输出激光波长分别为694.3nm和1.06m。3.4一内腔式He-Ne激光器腔长L=50cm，F=1.5GHz，在一定的泵浦功率下，测得最大增益系数gmax=0.15m-1，忽略腔内其它损耗。试问(1)要产生激光振荡，输出端的透过率不得超太多少?(2)若输出端的透过率T=0.1时，腔内有可能构成多少个纵模振荡?4.创意题：试以任何表现形式注意别违背考场纪律最有效、最

13、大限度地展示你对这门课理解的程度深度、广度选做题附加分1基本概念题(每题5分)1.1TheactivemediumanincidentE.M.wave.Theopticalresonatorpartoftheinducedemission,withinafewresonatormodes.Theenergypumppumpsenergyintotheactivemediumtopopulateselectedlevelsandtoachieve.1.2任何一个共焦腔与个稳定球面腔等价，而任何一个知足稳定条件的球面腔等价于个共焦腔，并与个其他稳定球面腔等价。1.3腔内有的腔称为有源腔，在有源腔中

14、，由于，使纵模频率比无源腔纵模频率更中心频率，这种现象称为现象？1.4调Q技术的目的是，其本质是调，实现调Q的主要方法包括、等。1.5Aphotonwiththewavelengthof1mwouldhavethefrequencyofHz,thewavenumberpercentimeterofandtheenergyE=Jwhichequivalentto？ev.(h=6.6256x10-34J.s)2.综合考虑题(选做3小题，每题15分)2.1试分析激光增益介质的荧光线宽和线型(展宽机制)在激光振荡经过中所起的作用2.2下列图(a)、(b)、(c)是激光器运转的三种泵浦方式，E2、E1分

15、别为激光的上下能级。(1)试分析比拟这三种泵浦方式的特点(优缺点)；(2)讲明各自适用于哪类激光器的泵浦。共2页第2页2.3如右上图所示的一稳定平-凹光学谐振腔，球面镜曲率半径为R，腔长为L。试证实该腔等价于另一个球面镜腔右下列图)：其腔长为L=l+L,一腔镜的曲率半径仍为R，另一腔镜的曲率半径R2=l+L(R-L)/l。2.4(1)三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？扼要讲明它们在实现粒子数反转经过中的特点；(2)试列出二能级系统的速率方程组设能级简并度f1=f2。(3)分析二能级系统能否实现粒子数反转。2.5Therearetwoeffectsofmodesonthegainmediu

16、mprofile,calledspectralholeburning(orfrequencyholeburning)andspatialholeburning.Trytogivesomeexplanationabouttheirformations,theimpactuponthegainprofileandthemodecompetition.3.计算题(选做2小题，每题15分)3.1Whatwouldbetheoutputintensityofahelium-neonlaseroperatingat632.8nmifithasasmall-signalgainof0.15/m?Thelas

17、erhastwomirrorsofreflectivity99.99%and97%,again-mediumlengthof0.3m,andessentiallynoscatteringlosses.(WeassumethatthedominantbroadeningisDopplerbroadeningandthelaserhasthesaturateintensityof15W/cm2)3.2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s4ms,均匀加宽线宽为2105MHz,，光腔单程损耗=0.2。求：(1)阈值反转粒子数密度nt；(2)当

18、光泵鼓励产生反转粒子数密度n=1.16nt时，有多少个纵模能够振荡(红宝石折射率为1.76);(3)假设红宝石棒的横截面为1cm2,其中Cr3+离子浓度为21019cm-3，采用调Q技术获得T=10ns的巨脉冲输出，试估算理想情况下可获得的激光脉冲能量和峰值功率。3.3已知波长为632.8nm的He-Ne气体激光器的激光上、下能级的平均寿命近似为210-8s，设激光管内充气压为250Pa，饱和光强Is为15W/cm2，(1)计算在常温下(T=300K)多普勒展宽和均匀展宽的比值D/H；(2)计算腔内平均光强接近0和15W/cm2两种情况下，激光器纵模的烧孔宽度；(3)当腔内平均光强为15W/cm2时，谐振腔腔长需多长才使相邻纵模的烧孔重叠？(计算时取压力加宽系数=0.75MHz/Pa)4.创意题：试以任何表现形式注意别违背考场纪律最有效、最大限度地展示你对这门课理解的程度深度、广度选做题附加分