激光原理及应用高等教育工学高等教育大学课件.pdf

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1、=q-2/JL(B)(A)26 (B)20 4 兀 AL 广东工业大学考试试卷（A）课程名称：_ 激光原理及应用 _ 考试时间：第 18 周星期五 题号 1:2；(3)丿 四 总分 得分 评分人 一单项选择（30分）1.自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命T的关系为（B）（A）=T（B）A?1=-（C）A“=Nn（D）=-r e 2.爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为（C）（A）1=3=（0色=啤（D）l=叱 21 Si c B2l C B2l C 3.自然增宽谱线为（C）（A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型 4.对称共焦腔在稳定图上的坐标为（B）（A）（-1,-

2、1）（B）（0,0）（C）（1,1）（D）（0,1）5.阈值条件是形成激光的（C）（A）充分条件（B）必要条件（C）充分必要条件（D）不确定 6谐振腔的纵模间隔为（B）7.对称共焦腔基模的远场发散角为（C）8谐振腔的品质因数Q衡量腔的（C）（A）质量优劣（B）稳定性（C）储存信号的能力（D）抗干扰性 9锁模激光器通常可获得（A）量级短脉冲(A)ps(B)is(C)ns(D)fs 10.YAG激光器是典型的（C）系统(C)（A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级 二.填空（20分）1 任何一个共焦腔与 _ 等价,而任何一个满足稳定条件的球面腔 _ 地等价于一个共焦腔。（4分）2 光子简并

3、度指光子处于 _、_ _、_、_ o（4 分）3.激光器的基本结构包括三部分，即 、_ 和_ o（3分）4.影响腔内电磁场能量分布的因素有 _、_、_ o（3 分）5.有一个谐振腔，腔长L=lm,在1500MH z的范围内所包含的纵模个数为_ 个。（2分）6.U前世界上激光器有数百种之多,如果按其工作物质的不同来划分，则可分 为四大类，它们分别是 _、_、_ _和_ 二（4分）三、计算题（42分）1.（8分）求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。已知几=6328A,1（W=109HZ,=1,设总损耗率为总，相当于每一反射镜的等效反射率R=I L总=98.33%,T=107s,腔长 L=0.1m

4、o 2.（12分）稳定双凹球面腔腔长L=lm,两个反射镜的曲率半径大小分别为 R尸1.5m,R：=3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。3.（12分）从镜面上的光斑大小来分析，当它超过镜子的线度时，这样的横模 就不可能存在。试估算在L=30cm,2a=02cm的He-Ne激光方形镜共焦腔中所 可能出现的最高阶横模的阶次是多大？4.（10分）某高斯光束的腰斑半径叫光波长/1=10.6/叭 求与腰斑 相距z二30cm处的光斑及等相位面曲率半径。四、论述题（8分）1.（8分）试画图并文字叙述模式竞争过程。辐射爱因斯坦系数与激发态平均寿命的关系为爱因斯坦系数和之间的关系为色啤叱自然增宽谱线为高斯线

5、型抛物线型洛仑兹线型双曲线型对称共焦腔在稳定图上的坐标为阈值条件是形成激光的充分条件必要条件充分必要条件不确定干扰性锁模激光器通常可获得级短脉冲激光器是典型的系统二能级三能级四能级多能级二填空分任何一个共焦腔与等价而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔分光子简并度指光子处于分激光器的基本结构包括三部分器有数百种之多如果按其工作物质的不同来划分则可分为四大类它们分别是和二分三计算题分分求激光的阈值反转粒子数密度已知几设总损耗率为总相于每一反射镜的等效反射率总腔长分稳定双凹球面腔腔长两个反射镜的曲率半径 激光原理及应用（A）卷答案及评分标准：一.（30 分）BCCBCBCCAC 二（20

6、 分）1.无穷多个稳定球面腔 （2分）唯一（2分）2.处于一个光子态的平均光子数（1分）处于同一模式的光子数（1分）相丁体积内偏振样的光/数（1分）处于同一相格中的偏振一样的光子数（1分）3.工作物质、激励能源、光学谐振腔（3分）4.激活介质的光放大作用（1分）腔镜反射不完全介质吸收（1分）衍射损耗 分）5-10（2 分）6.固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器 三（42分）（4分）1（8 分）解；2（12 分）8v2/2w/ri%=rr/C/（V）Q=1 R _ L 7（v）Q 7 0.0167 8x10 x-=-X109（0.6328x1（）7）2=1.048X10,5/H3（

7、3分）（2分）（2分）（1分）解：假设所要求的等价共焦腔的共焦参数为/；以等价共焦腔中点为z坐标的原 点，Mj,M2两镜的Z坐标为N和Z有 L（R、_L）乙1=-=-1（L-RJ+（L-RJ -L（R-L）2_厶（&一厶）（/?2尺+忌一厶）（厶-&）+（厶-/?2）r（1分）（2分）代入数值L=lm,Ri=1.5m,R；=3m 得:辐射爱因斯坦系数与激发态平均寿命的关系为爱因斯坦系数和之间的关系为色啤叱自然增宽谱线为高斯线型抛物线型洛仑兹线型双曲线型对称共焦腔在稳定图上的坐标为阈值条件是形成激光的充分条件必要条件充分必要条件不确定干扰性锁模激光器通常可获得级短脉冲激光器是典型的系统二能级三能

8、级四能级多能级二填空分任何一个共焦腔与等价而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔分光子简并度指光子处于分激光器的基本结构包括三部分器有数百种之多如果按其工作物质的不同来划分则可分为四大类它们分别是和二分三计算题分分求激光的阈值反转粒子数密度已知几设总损耗率为总相于每一反射镜的等效反射率总腔长分稳定双凹球面腔腔长两个反射镜的曲率半径（3分）（1分）3.（12 分）解：高%=J2w+（2分）基模30 x0.632()7=2.46x3.14（3分）横模存在时，要求满足%=丁2加+%a（2分）nt -1 2=7.7 即，同理有：nl 故可3 4 1 r f V14 f=5/=2 r 等价共焦

9、腔腔长 位置如上图所示。辐射爱因斯坦系数与激发态平均寿命的关系为爱因斯坦系数和之间的关系为色啤叱自然增宽谱线为高斯线型抛物线型洛仑兹线型双曲线型对称共焦腔在稳定图上的坐标为阈值条件是形成激光的充分条件必要条件充分必要条件不确定干扰性锁模激光器通常可获得级短脉冲激光器是典型的系统二能级三能级四能级多能级二填空分任何一个共焦腔与等价而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔分光子简并度指光子处于分激光器的基本结构包括三部分器有数百种之多如果按其工作物质的不同来划分则可分为四大类它们分别是和二分三计算题分分求激光的阈值反转粒子数密度已知几设总损耗率为总相于每一反射镜的等效反射率总腔长分稳定双凹

10、球面腔腔长两个反射镜的曲率半径4（10分）解：光斑半径:w(z)=%（3分）=1.14x 10.6xl03x30Qy 3.14x1.142,=1 A5mm（2分）等相位面曲率半径:R(z)=zl+（3分）3.14x1,14-10.6x107x300 丿=79Acm=301+（2分）四、论述题（8分）1.（8 分）答：图中”几 心 q,q+1,q+2 5个纵模满足阈值条件，随着外界激发 的增强，则纵模的光强增长，但是，光强增加时，引起增益饱和作用，增益-频率下降，曲线变扁，使曲线1变为曲线2,心 g+2满足阈值。（1分）光强继续增加时，曲线2变为曲线3,使午乙q+2的增益小于阈值，不 再振荡，而

11、”几？+/满足阈值。（1分）光强继续增加时，曲线3变为曲线4,使”几？+/的增益小于阈值，不再 振荡，则只剩下模满足阈值条件获得 输出。这种通过增益饱和效应，靠近谱线中心频率的纵模逐渐把 其他纵模抑制掉的过程就是模式 竞争。（3分）辐射爱因斯坦系数与激发态平均寿命的关系为爱因斯坦系数和之间的关系为色啤叱自然增宽谱线为高斯线型抛物线型洛仑兹线型双曲线型对称共焦腔在稳定图上的坐标为阈值条件是形成激光的充分条件必要条件充分必要条件不确定干扰性锁模激光器通常可获得级短脉冲激光器是典型的系统二能级三能级四能级多能级二填空分任何一个共焦腔与等价而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔分光子简并度指光子处于分激光器的基本结构包括三部分器有数百种之多如果按其工作物质的不同来划分则可分为四大类它们分别是和二分三计算题分分求激光的阈值反转粒子数密度已知几设总损耗率为总相于每一反射镜的等效反射率总腔长分稳定双凹球面腔腔长两个反射镜的曲率半径