激光原理课程考试题—武汉理工必备缩印版.docVIP

激光原理 课程考试题 题 号 一 二 三 四 五 六 七 总分 复核人 得 分 30 70 100 评卷人 一、填空题：（30分） 1. 通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值 高 。 3. 红宝石激光器属于 3 能级激光器。He-Ne激光器属于 4 能级激光器。 4. 激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和 相干性好。 5. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为 阈值 增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率 相等。 6. 激光器的基本组成部分 激活物质、 激光谐振腔 、 泵浦源 。激光产生条件：1.有提供放大作用的增益介质为激光工作物质，其激活粒子有适合于产生受激辐射的能级结构；2.体育外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；3.有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射的能级结构。其中光学谐振腔的作用为：提高光的方向性、加长光在增益介质中行进的路径以提高光能密度、形成共振产生的模提高相干性（或者填模式选择、提高轴向光波模的反馈）。 7. 调Q技术产生激光脉冲主要有 锁模 、 调Q 两种方法，调Q激光器通常可获得ns量级短脉冲，锁模有主动锁模和被动锁模两种锁模方式。 8.固体激光器主要的泵浦源有（氪灯泵浦）、（高效脉冲氙灯泵浦）等。 9.具有合适的能级结构和跃迁特性（或者填亚稳态）的原子结构，才能实现粒子数反转。 10.产生激光的工作物质包括（激活离子）和（基质）。 11.引起谱线增宽的原因主要有三种，即自然展宽、碰撞展宽、多普勒展宽；它们可分为两大类，分别是均匀展宽、非均匀展宽。 12.受激辐射激励发射出的光子与外来光完全相同，即传播方向相同，相位相同，偏振态相同，频率相同。 13.爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是：自发辐射、受激吸收、受激辐射。 14.CO2激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是提高激光上能级的激光效率，氦气的作用的是有助于激光下能级的抽空。 15.有源腔中，由于增益介质的色散，使纵模频率与无源腔频率纵模频率更接近中心频率，这种现象叫做频率牵引。 16.激光的线宽极限是由于自发辐射的存在而产生的，因而无法消除。 17.粒子数反转分布状态微观粒子满足负温度分布。 18.碰撞增宽谱线为洛伦兹线型。自然加宽是由于激发态有一定的寿命引起的。多普勒展宽发生在气体介质中。 19.第一台激光器是红宝石激光器。 20.平行平面腔在稳定图上的坐标为（1,1）。对称共心腔在稳定图上的坐标为（-1,-1）。半共心腔在稳定图上的坐标为（0,1），（1,0）。 21.谐振腔的品质因数Q是用来衡量腔的储存信号的能力。阈值条件是形成激光的充分必要条件。 22.光子简并度指光子处于一个光子态的平均光子数、处于同一模式的光子数、相干体积内偏振一样的光子数、处于同一相格中的偏振一样的光子数。 23.腔模经一次往返再现后保持原来的稳态场分布称为自再现模。 24.全息照相是利用激光的相干特性的。全息照片是三维成像，记录的是物体的相位。 二、问答题：（70分） 1.画出声光调Q激光器原理图，说明声光调Q基本原理？（10分） 答：首先Q开关关闭, 腔内声光晶体衍射产生的损耗高，腔内Q值低，激光振荡阈值高，激光不振荡，上能级聚集大量反转粒子：Q开关迅速开启,腔内损耗迅速下降，Q值急剧升高，阈值迅速下降，反转粒子数远大于阈值反转粒子数，上能级聚集大量反转粒子变为峰值功率很高的激光脉冲。 2. 画出电光调Q激光器原理图，说明电光调Q基本原理？ 答.电光晶体两端加一定电压，使沿x方向的偏振光通过电光晶体后，沿x轴两方向偏振光的位相差为/2，电光晶体相当于1/4波片，光束两次通过电光晶体时，偏振方向旋转90°，偏振方向与偏振片检偏方向垂直，光束无法通过检偏片，腔内损耗高，激光无法振荡;突然撤除电压后，损耗迅速下降，上能级反转粒子数迅速转化为激光脉冲输出。 3．什么是对成共焦腔,计算对成共焦腔g参数.: 答: 对成共焦腔:R1=R2=L 对成共焦腔g参数.: 4.说明均匀增宽和非均匀增宽的区别？说明为什么均匀增宽介质内存在模式竞争？（10分） 答：均匀增宽介质内每一个原子对谱线内任一频率光波都有相同的贡献， 所有原子对发射谱线上每一频率的光波都有相同贡献，所有原子的作用相同；非均匀增宽介质发射的不同的光谱频率对应于不同的原子，不同的原子对中谱线中的不同频率有贡献，不同原子的作用不同的（5分）。均匀增宽激光介质发射谱线为洛仑兹线型，中心频率处谱线增益最大，该频率处附近纵模优先起振，由于均匀增宽介质内每一个原子对谱线内任一频率光波都有相同的贡献，中心频率处纵模振荡发射激光将引起激光上能级原子数下降