200952382931457激光原理試題

1、激光原理及應(yīng)用期末試題（A卷答案）一、簡(jiǎn)答題1. 激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分，簡(jiǎn)述這三個(gè)部分 答：激光工作物質(zhì)、激勵(lì)能源（泵浦）和光學(xué)諧振腔；2. 物質(zhì)的粒子躍遷分輻射躍遷和非輻射躍遷，簡(jiǎn)述這兩種躍遷的區(qū)別。答：粒子能級(jí)之間的躍遷為輻射躍遷，輻射躍遷必須滿(mǎn)足躍遷定則；非輻射躍遷表示在 不同的能級(jí)之間躍遷時(shí)并不伴隨光子的發(fā)射或吸收，而是把多余的能量傳給了別的原子或吸收別的原子傳給他的能量。3. 激光譜線加寬分為均勻加寬和非均勻加寬，簡(jiǎn)述這兩種加寬的產(chǎn)生機(jī)理、譜線的基本線型。答：如果引起加寬的物理因數(shù)對(duì)每一個(gè)原子都是等同的，則這種加寬稱(chēng)為均勻加寬。自 然加寬、碰撞加寬及晶格振動(dòng)加寬均屬均勻加寬類(lèi)

2、型。非均勻加寬是原子體系中每一個(gè)原子只對(duì)譜線內(nèi)與它的表觀中心頻率相應(yīng)的部分有貢獻(xiàn)。多普勒加寬和固體晶格缺陷屬于非均勻加寬。4. 簡(jiǎn)述均勻加寬的模式競(jìng)爭(zhēng)答：在均勻加寬的激光器中，開(kāi)始時(shí)幾個(gè)滿(mǎn)足閾值條件的縱模在振蕩過(guò)程中相互競(jìng)爭(zhēng)， 結(jié)果總是靠近中心頻率的一個(gè)縱模獲勝，形成穩(wěn)定的振蕩，其他的縱模都被抑制而熄滅。這種情況叫模式競(jìng)爭(zhēng)。5. 工業(yè)上的激光器主要有哪些應(yīng)用？為什么要用激光器？答：焊接、切割、打孔、表面處理等等。工業(yè)上應(yīng)用激光器主要將激光做熱源，利用激 光的方向性好，能量集中的特點(diǎn)。6. 說(shuō)出三種氣體激光器的名稱(chēng)，并指出每一種激光器發(fā)出典型光的波長(zhǎng)和顏色。答：He-Ne激光器，632.8nm

3、（紅光），Ar+激光器，514.5nm （綠光），C02激光器，10.6 g （紅外）、證明題：（每題6分，共18 分）1.證明：由黑體輻射普朗克公式7. 全息照相是利用激光的什么特性的照相方法？全息照相與普通照相相比有什么特點(diǎn)？ 答：全息照相是利用激光的相干特性的。全息照片是三維成像，記錄的是物體的相位。1eKT -1導(dǎo)出愛(ài)因斯坦基本關(guān)系式:A21B21三、計(jì)算題1 由兩個(gè)凹面鏡組成的球面腔，如圖。凹面鏡的曲率半徑分別為2m、3m,腔長(zhǎng)為1m。發(fā)光波長(zhǎng)600nm。（1）求出等價(jià)共焦腔的焦距 f;束腰大小W0及束腰位置；（2） 求出距左側(cè)凹面鏡向右 3.333米處的束腰大小w及波面曲率半徑R;

4、解：（0）激光腔穩(wěn)定條件LR21 i=(1飛)(1飛)2 31=3此腔為穩(wěn)定腔。(1)f2R-L)R2-LXR+R；-L)(2-W(3-W(2；3-行25(L尺)+ 卩R2)2得，f = 1.06066胡mZi 二L (R2 L )L R|j 亠 1LR213-11-21-3二-0.667 m即束腰位置距R1左側(cè)0.667m處距左側(cè)凹面鏡向右3.333米處，經(jīng)計(jì)算為距束腰4米處R z 二 f4=111117m = 4.25m443.氦氖激光器中Ne20能級(jí)2S2-2P4的譜線為1.1523。這條譜線的自發(fā)輻射幾率A為6.54X106s-1秒，放電管氣壓PP60帕；碰撞系數(shù)a勺00KHz/帕；激

5、光溫度T = 400K; M =112;試求：(1)均勻線寬Avh;(2)多普勒線寬Av;分析在氣體激光器中，哪種線寬占優(yōu)勢(shì)1 A6 54工106d解：(1)自然加寬：n - = -1.0408 106 Hz2兀1 s 2 兀2 x H碰撞加寬：八 lP=700 103 260 = 1.820 108Hz均勻加寬：= N “ L =1.0408 106 1.820 108 =1.830 IQFHz(2)多普勒線寬:1. ： D =7.16 10 七 0 i T 2D0 M173 108400 2= 7.16 1061.1523匯10工 112 丿= 3.52 281 108Hz(3)根據(jù)上述結(jié)

6、論，該激光器多普勒線寬占優(yōu)勢(shì)4.紅寶石激光器中，Cr3+粒子數(shù)密度差A(yù)n = 6X1016/cm3,波長(zhǎng)入=694.3nm,自發(fā)輻射壽命t= 3X10-3s,折射率n勺.76。僅考慮自然加寬效果，上下能級(jí)簡(jiǎn)并度為1。試求 該激光器自發(fā)輻射系數(shù)A21；線型峰值g 0 ;(3)中心頻率處小信號(hào)增益系數(shù)g0 ;中心頻率處飽和增益系數(shù)g解：(1)A114A213 SS 3 10.2Qg 5 二二廠1210(3)中心頻率處小信號(hào)增益系數(shù)8 239 20u2a211663 1010694.3 103g0；%1016 106212 108皿v0H8 28 -33 101.769= 2.6155 10中心頻率處飽和增益系數(shù)g是小信號(hào)增益系數(shù)的一半為：1.3078X1095. 一束Ar+高斯激光束，束腰半徑為0.41mm ,束腰位置恰好在凸透鏡前表面上，激光輸出功率為400w (指有效截面內(nèi)的功率)，透鏡焦距為10mm，計(jì)算Ar+激光束經(jīng)透鏡聚焦后, 焦點(diǎn)處光斑有效截面內(nèi)的平均功率密度。(Ar+激光波長(zhǎng)514.5nm)解：透鏡前的q1參數(shù)為q*i = if = i3 223.14159260.41 10514.5 101.0264i : i2應(yīng)用ABCD定理求出q2,Aq Bq2 Cq2 D二 0.00010.0110 i 1束腰