激光原理考试基本概念.pdf

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1、 第一章 1、激光与一般光源对比有三个主要特色：方向性好，相关性好，亮 度高。2、激光主假如光的受激辐射，一般光源主要光的 自觉辐射。3、光的一个基天性质就是拥有波粒二象性。光波是一种电磁波，是 一种横波。4、常用电磁波在可见光或靠近可见光的范围，波长为 30m,其相应 频次为 10151013。5、拥有单调频次的平面波叫作单色平面波，假如频次宽度 n1/g1 的粒子数密度反转状态的介质叫作 增益介质或激活介质。简答题一：产生激光的三个条件：1.有供给放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）；（有适合的激光工作物质）2.有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光

2、上下能级之 间产生粒子数反转。3.有光学谐振腔；增加激活介质的工作长度，控制光束的流传方向，选择被放大的受激辐射光频次以提升单色性。第二章 简答题二：腔中任一傍轴光芒经过随意多次来回流传而不逸出腔外的谐振腔能够使激光器稳固地发出激光，这类谐振腔叫作稳固腔。共轴球面腔的稳固性条件是：0(1-L/R1)(1-L/R2)1 1、共轴球面腔的稳固性条件：0g1g20,或许说增益系数 G0。7、增益系数要大于一个下限值，为激光器的阈值，它的数值由各样 消耗的大小决定。8、激光器的消耗指的是在激光谐振腔内的光消耗，分为内部消耗（谐 振腔内增益介质内部的消耗，它与增益介质的长度有关）和镜面消耗 （能够折合到

3、谐振腔镜面上的消耗）。9、形成激光所要求的增益系数的条件是：Ga 总，即总消耗系数。解说为：增益不小于总消耗。10、三能级系统：阈值高，效率低；四能级系统：阈值条件低，效率 高。第三章 1、激光谐振腔的自在现模;当两个镜面完整同样时（对称开腔），稳 态场（横向场）散布应在腔内经单程渡越（流传）后即实现“再现”。2、本征函数解 Umn 表示的是在激光谐振腔中存在的稳固地横向场 散布，就是自再现模，往常叫做“横模”。3、谐振腔形成的每一列驻波称为一个纵模。4、激光谐振腔的谐振频次主要决定于纵模序数 Vmnq=qc/2 L 5、腔内两个相邻纵模频次之差 q 称为纵模的频次间隔。6、基横模（TEM00

4、）行波场，激光应用经常只用它的基横模输出。7、基横模行波输出在与光束行进的垂直平面上的强度呈高斯型散布，往常称为 高斯光束。注：计算题有关高斯光束的有关计算。第四章 1、激光的基本技术有：直接对激光器谐振腔的输出特征产生作用：选模技术、稳频技术、调 Q 技术和锁模技术 等，独立应用：光束变 换技术、调制技术和偏转技术。2、基横模（TEM00）与高阶模对比，拥有亮度高、发散角小、径向 光强散布均匀、振荡频次单调等特色。3、激光器输出的选模（选频）技术分为两个部分：对激光 纵模的选 取和对激光 横模的选用。4、一般来说，均匀增宽的的稳固激光器的输出经常是单纵模的，而 且它们的频次老是在谱线中心邻近

5、。5、非均匀增宽激光器的输出一般都拥有多个纵模。6、设计单纵模激光器就一定采纳 选频的方法。7、激光振荡的条件是增益系数 G 一定大于消耗系数 a 总。8、基横模选择的 实质是使 TEM00 模达到振荡条件，而使高阶横模的 振荡遇到克制。一般只需能克制比基横模高一阶的 TEM10 模和 TEM01 模振荡，也就能克制其余高阶模的振荡。9、菲涅尔数越大，单程衍射消耗越小，菲涅尔系数是表征谐振腔衍 射消耗的特色参量。10、激光器中，气体激光器的单色性最好。11、频次的稳固包含（频次稳固度和频次复现度），稳频的方法：主 动式稳频和被动式稳频。12、主动式稳频的例子：兰姆凹陷法稳频、饱和汲取法稳频。1

6、3、高斯光束变换特征：高斯光束的聚焦、扩束和准直。14、高斯光束的准直就是要改良光束的方向性，压缩光束的发散角。P89(公式 4-47 和 4-48)15、扩束就是扩大光束的光斑尺寸。简答题三：激光调制可分为内调制和外调制。内调制是指在激光生成 的震荡过程中加载调制信号，经过改变激光的输出特征而实现的调 制。外调制是在激光形成此后，再用调制信号对激光进行调制，他不 改变激光器的参数，而是改变已经输出的激光束的参数。16、激光调制器有：电光强度调制、电光相位调制，声光调制，磁光 调制，和空间光调制。17、实现激光偏振的门路主要有机械偏转、电光偏转和声光偏转。18、调 Q 技术有：电光调 Q、声光

7、调 Q 和染料调 Q。19、用调理谐振腔的 Q 值以获取激光巨脉冲的技术称为激光调 Q 技 术。调 Q 技术能够压缩激光脉冲宽度，获取脉宽为毫微秒量级、峰 值功率为千兆瓦量级的激光巨脉冲。20、激光锁模技术 锁模技术是进一步对激光进行特别的调制，逼迫激光器中振荡的各个 纵模的相位固定，使各模式相关叠加以获取超短脉冲的技术。腔长越长，荧光芒宽越宽，则腔内的纵模数量越多，锁模脉冲的峰值 功率就越大。激光锁模技术有：主动锁模和被动锁模两种。第五章 1、固体激光器主要理解 激光工作的物质 激活粒子是什么（是谁 发光）能级系统（几能级）供能方式（泵浦方式）输出方式（脉 冲连续）2、固体激光器是以混杂离子

8、的绝缘晶体或玻璃为工作物质的激光 器。最常用的固体工作物质还是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石 （Nd3+:YAG）。3、固体激光器基本上是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤 光系统构成。固体激光工作物质是固体激光器的核心。4、红宝石激光器(激活粒子:铬离子 Cr3+)属于三能级系统，YAG（掺钕 钇铝石榴石(激活粒子钕离子 Nd3+)）激光器属于四能级系统。5、气体激光器（氦氖激光器属于四能级系统，激活粒子为 Ne 原子），（CO2 激光器既能连续工作，又能脉冲，输出功率大，效率高，为四能级系统，工作物质为 CO2 气体分子）计算题 第一章：1,12 1 试计算连续功率均为 1W 的两光源

9、，分别发射 m，=3000MHz 的光，每秒从上 能级跃迁到下能级的粒子数各为多少 答：粒子数分别为：n1 q 1 c 0.5 10 6 108 2.5138 1018 h 6.63 10 34 6.63 10 34 3 n2 q 6.63 1 3 10 9 5.0277 10 23 h 10 34 12设氖原子静止时发出 m 红光的中心频次为 1014Hz，室温下氖原子的均匀速率设为 560m/s。求此时接收器接收频次与中心频次相差若干 0(1)0(1 560 8)(1 1.8667 10 6)0 答：c 3 10 1.8667 10 6 4.74 1014 8.848 108 Hz 第二章

10、：3,4 3.(a)要制作一个腔长 L 60cm 的对称稳固腔，反射镜的曲率半径取值范围怎样 (b)稳固腔的 一块反射镜的曲率半径 R1 4L，求另一面镜的曲率半径取值范围。答：（a）R R R；L L R cm 2 0(1)(1)1 30 1 R R （b）0 (1 L)(1 L)1 0 3(1 L)1 R2 L或 R2 3L R1 R2 4 R2 4.稳固谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为 R 40cm，R 100cm，求腔长 L 的取值 1 2 范围。答：L)(1 L 1 0(1 L)(1 L 1 0 L 40cm 或100 L 140cm 0 (1)40)R1 R2 100 第三章：

11、1,2,5,6,7 1腔长为的氩离子激光器，发射中心频次 0 l014Hz，荧光芒宽 6 l08 Hz，问它可 能存在几个纵模相应的 q 值为多少(设=1)答：n q c 3 108 3 108 Hz，2 L 2 1 0.5 6 108 2，则可能存在的纵模数有三个，它们对应的 q 值分别为：q3 108 qc q 2 L 5.85 1014 1.95 10 6，q 1=1950001，q1 1949999 2 L c 3 10 8 2He Ne 激光器的中心频次 0 1014Hz，荧光芒宽 l09Hz。今腔长 L lm，问可 能输出的纵模数为若干为获取单纵模输出，腔长最长为多少 答：q c

12、3 108 1.5 108 Hz，n 1.5 109 10 2 L 2 1 1 q 1.5 108 即可能输出的纵模数为 10 个，要想获取单纵模输出，则：2 c L c 3 108 0.2m q 1.5 10 9 L 故腔长最长不得大于 0.2m。5(a)计算腔长为 1m 的共焦腔基横模的远场发散角，设 6328?，10km 处的光斑面积多 大。(b)有一一般探照灯，设发散角为 2，则 1km 远处的光斑面积多大 答：（1）基横模的远场发散角 2 2 2 L 2 2 6328 10 10 1.269 10 3 rad （2）10km 处的光斑尺寸 L 2z 2 6328 10 10 8 m

13、z 10 1()1 4 2 10 6.347 2 L 10km 处的光斑面积 S 2 6.347 2 126.5572m2 （3）1km 处的光斑尺寸 1km 处的光斑面积 r 1000 tg1o 17.455m S r 2 17.4552 957.1711m 2 6激光的远场发散角(半角)还遇到衍射效应的限制。它不可以小于激光经过输出孔时的衍 射极限角 衍(半角)/d。在实质应用中远场发散角常用爱里斑衍射极限角来近似。试 计算腔长为 30cm 的氦氖激光器，所发波长 6328?的远场发散角和以放电管直径 d 2mm 为输出孔的衍射极限角。答：（1）远场发散角 2 2 6328 10 10 1.1588 10 3 rad L 30 10 2 （2）衍射极限角 1.22 1.22 6328 10 10 3.86 10 4 rad d 2 103 7一共焦腔(对称)L，m，束腰半径 w0 0.2mm，求离腰 56cm 处的光束有效截面 半径。答：z 0.560 1 (z 2 0.2 10 3 6328 10 10 0.56)2 0.6mm 2)1 (2 10 4)2 0