激光原理試卷

1、廣東工業(yè)大學(xué)考試試卷( A )課程名稱: 激光原理與技術(shù) 試卷滿分100 分考試時間: 2007年6月18日 (第16周 星期 一)一、 選擇題（每題3分，共30分）1.世界上第一臺激光器是 （ ） (A)氦氖激光器 (B)二氧化碳激光器 (C)釹玻璃激光器 (D)紅寶石激光器(E)砷化鎵結(jié)型激光器 2.按照原子的量子理論，原子可以通過自發(fā)輻射和受激輻射的方式發(fā)光，它們所產(chǎn)生的光的特點是：（ ） (A)兩個原子自發(fā)輻射的同頻率的光是相干的，原子受激輻射的光與入射光是不相干的 (B)兩個原子自發(fā)輻射的同頻率的光是不相干的，原子受激輻射的光與入射光是相干的 (C)兩個原子自發(fā)輻射的同頻率的光是不相

2、干的，原子受激輻射的光與入射光是不相干的 (D)兩個原子自發(fā)輻射的同頻率的光是相干的，原子受激輻射的光與入射光是相干的 3氦-氖激光器屬于典型的（ ）系統(tǒng) （A）二能級（B）三能級（C）四能級（D）多能級4體積，線寬，中心波長60nm，模式數(shù)目為（ ） 5多普勒加寬發(fā)生在（ ）介質(zhì)中6半共心腔在穩(wěn)定圖上的坐標(biāo)為（d ）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）7對于均勻增寬介質(zhì)，中心頻率處小信號增益系數(shù)為，當(dāng)時 ，飽和顯著，非小信號中心頻率增益系數(shù)為：（c ）（A） （B） （C） （D） 8.一平凹腔,其凹面鏡的半徑R等于腔長L,它是(b )（A）穩(wěn)定腔 （

3、B）臨界腔 （C）非穩(wěn)腔9.能夠完善解釋黑體輻射實驗曲線的是( c )（A）瑞利-金斯公式 （B）維恩公式 （C）普朗克公式 （D）愛因斯坦公式10.腔長為0.5米,=1.5,縱模間隔為b()（A） （B） （C） （D）二、填空題（共20分）1. 穩(wěn)定腔的一塊反射鏡的曲率半徑R14L，求另一面鏡的曲率半徑取值范圍 。(5分)2.一共焦腔(對稱)L0.40m，0.6328mm，束腰半徑，離腰56cm處的光束有效截面半徑為 。(5分)3. 下圖是紅寶石的能級結(jié)構(gòu)和躍遷示意圖。請說明圖中以下符號的意義，(每空2分，共10分) W13 、 W21 E2 、 E1 、 A21 。三、計算題（共40分）

4、1（12分）(1) 一質(zhì)地均勻的材料對光的吸收為0.01mm-1、光通過10cm長的該材料后，出射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的百分之幾? (2) 光束通過長度為1m的均勻激活的工作物質(zhì)，如果出射光強(qiáng)是入射光強(qiáng)的兩倍，試求該物質(zhì)的增益系數(shù)。2（14分）試從式出發(fā)，證明用最佳透射率表示的非均勻增寬激光器的最佳輸出功率為：3（14分）考慮一用于氬離子激光器的穩(wěn)定球面腔，波長0.5145mm，腔長L1m，腔鏡曲率半徑R1=1.5m，R2=4m。試計算光腰尺寸和位置及焦參數(shù)。 四、簡答題（10分）1連續(xù)激光器穩(wěn)定工作時的增益系數(shù)是否會隨泵浦功率的提高而增加？為什么？廣東工業(yè)大學(xué)試卷參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn) ( )課程名稱

5、: 激光原理與技術(shù) ?？荚嚂r間: 2007年 6月 18 日 (第16 周 星期 一 )一、 單項選擇題（每題3分，共30分） 1（ D ）、 2（ B ）、3（ C ）、4（ C ）、5（ C ）6（ D ）、7（ C ）、8（ B ）、9（ C ）、10（ B ）二、填空題（20分）1 （5分）2 0.6mm （5分）3 .（每空2分，共10分） 受激吸收幾率(激勵幾率) 受激發(fā)射幾率 激光上能級 、 基態(tài)能級, 又是激光下能級, 也是抽運能級、 自發(fā)發(fā)射幾率 三、計算題（共40分）解：（1）（12分） （2分） （3分）（2） （2分） （2分） （3分）2（14分）證明：由，等式兩邊對

6、t求導(dǎo)，并令其為零 （3分）得： （3分）整理上式可得：，即： （3分）式中t即為最佳透射率tm，則最佳輸出功率 （2分） （3分） 3（14分）解：（1）束腰半徑 （3分）（2）束腰位置m； （2分）（3）兩鏡面上的光斑尺寸分別為： （3分） （3分）（4）焦參數(shù) （3分）四、簡答題（10分）1答：不會 （2分） 因為連續(xù)激光器穩(wěn)定時增益系數(shù)為 ，G0為小信號增益系數(shù)，I為腔內(nèi)光強(qiáng)，Is 為飽和光強(qiáng)。 （3分） 因此，當(dāng)滿足閾值條件以后，當(dāng)外界的泵浦功率增加時，腔內(nèi)光強(qiáng)增加，引起增益飽和作用，則增益下降。 （2分） 在穩(wěn)態(tài)工作時，激光器的增益系數(shù)保持與閾值相等，不會隨泵浦功率的提高而增加。

7、（3分）廣東工業(yè)大學(xué)考試試卷 ( B )課程名稱: 激光原理及應(yīng)用 考試時間: 第 18 周星期 五 ( 2007年1 月 5日)題號一二三四五六七八九十總分得分評分人 一單項選擇（30分）1在一定溫度下，自發(fā)輻射幾率是受激輻射幾率的（ B ）倍 2粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)微觀粒子滿足（D ） （A） 費米分布（B）高斯分布（C） 玻爾茲曼分布（D）負(fù)溫度分布3碰撞增寬譜線為（ C ） （A） 高斯線型 （B）拋物線型 （C） 洛侖茲線型 （D）雙曲線型4CO2譜線的多普勒增寬為53MHz，中心頻率所對應(yīng)的譜線函數(shù)極大值為（ A ）5平行平面腔在穩(wěn)定圖上的坐標(biāo)為（ C ）（A）（-1，-1） （B）

8、 （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）6諧振腔的縱模共振頻率為（ A ） 7對稱共焦腔基模光腰為（ A ） 8對同一種介質(zhì)，小信號增益系數(shù)隨（ B ）變化（A）譜線寬度 （B）激發(fā)功率 （C）粒子數(shù)密度（D）自發(fā)輻射幾率9調(diào)Q激光器通常可獲得（ C ）量級短脈沖10紅寶石激光器是典型的（ B ）系統(tǒng) （A）二能級 （B）三能級 （C） 四能級 （D）多能級二. 填空（20分）1 激光束的基本特性是_、_、_。（4分）2光和物質(zhì)相互作用產(chǎn)生受激輻射時，輻射光和照射光具有完全相同的特性，這些特性是指 、 、 和 。（4分）3激光腔振蕩模的特征是 、 、 、 。（4分）4 He-Ne激光器

9、是典型的四能級系統(tǒng)，有三條主要激光譜線，其激光譜線及波長分別為 、 、 。（6分）5若光束通過1m長的激光介質(zhì)以后，光強(qiáng)增大了一倍，此介質(zhì)的增益系數(shù)G為 （2分）三、計算題（44 分）1 （8分）靜止氖原子譜線中心波長為，求當(dāng)它以0.1c速度向觀察者運動時，中心波長變?yōu)槎啻螅?2（8分）腔長為0.5m的氬離子激光器，發(fā)射中心頻率5.85l014Hz，熒光線寬6l08 Hz，問它可能存在幾個縱模?相應(yīng)的q值為多少？ (設(shè)=1)3（20分）某激光器采用平凹腔，腔長L1m，凹面鏡曲率半徑R2m。求：（1） 它產(chǎn)生的基模高斯光束的腰斑半徑及腰斑位置。（2） 它產(chǎn)生的基模高斯光束的焦參數(shù)。（3） 它產(chǎn)生

10、的基模高斯光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角。4，（8分）He-Ne激光器輻射6328光波，其方形鏡對稱共焦腔，腔長L0.2m。腔內(nèi)同時存在，橫模。若在腔內(nèi)接近鏡面處加小孔光闌選取橫模，試問： (1)如只使模振蕩，光闌孔徑應(yīng)多大？ (2)如同時使，模振蕩而抑制振蕩，光闌孔徑應(yīng)多大？四論述題（6分）1（6分）試述調(diào)Q激光器原理。激光原理及應(yīng)用（B）卷答案及評分標(biāo)準(zhǔn)：一 （30分）BDCACAABCB二. （20分）1. 方向性好、單色性好、相干性好、高亮度 (4分)2 相位 、頻率 、偏振態(tài)、 傳播方向。 （4分）3. 4 3S2P 0.6328m （2分）2S2P 1.15m （2分）3S3P 3.39m （2

11、分）5 Gln2 m-1 （2分）三（44分）1（8分）解：由多譜勒效應(yīng)：， （兩者相互接近時，即相向時， ） （4分 ） （4分 ）2（8分）解： ， （2分）， （2分）則可能存在的縱模數(shù)有三個，它們對應(yīng)的q值分別為：，q1=1950001， q11949999 （4分）3（ 20 分）解：(1)它產(chǎn)生的基模高斯光束的腰斑半徑及腰斑位置。 （3分）代入各數(shù)值得：f = 1cm （1分）又R2m2L可見此平凹腔為半共焦腔 （2分）腰斑半徑為： （3分）設(shè)平面鏡距腰斑位置為,凹面鏡距腰斑位置為，則 （4分）可見腰斑位置z=0剛好在平面鏡處。 （1分）（2） 它產(chǎn)生的基模高斯光束的焦參數(shù)。其產(chǎn)生

12、的基模高斯光束的焦參數(shù)即為產(chǎn)生高斯光束的共焦腔焦參數(shù)，即 f = 1cm （1分）（3）它產(chǎn)生的基模高斯光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角：4（8分）解：(1)TEM00模在鏡面處的光斑半徑為所以光闌孔徑應(yīng)該為0.2mm （4分）(2)TEM11模在鏡面處的光斑半徑為所以光闌孔徑為0.35mm （4分）四（6分）1（6分）答：初始時腔的Q值很低，使腔內(nèi)的損耗變大，上能級不斷積累大量粒子。當(dāng)在一定的外界激發(fā)功率下，上能級上的粒子數(shù)積累到最大值， （3分） 突然使諧振腔的Q值變高，這時激光器的閾值突然降低，聚集在上能級上的粒子立即以極高的速度以雪崩的方式躍遷到低能級上，在瞬間形成極高的光脈沖峰值功率。（3分）廣東工

13、業(yè)大學(xué)考試試卷( B )課程名稱: 激光原理與技術(shù) 試卷滿分100 分考試時間: 2007年6月18日 (第16周 星期 一)一、 單項選擇題（每題3分，共30分）1原子受激輻射的光與外來引起受激輻射的光具有相同的( b ) 頻率、發(fā)散角、量子狀態(tài)、偏振、傳播方向 (A) (B) (C) (D)2.在激光器中利用光學(xué)諧振腔（ c ） (A)可提高激光束的方向性，而不能提高激光束的單色性 (B)可提高激光束的單色性，而不能提高激光束的方向性 (C)可同時提高激光束的方向性和單色性. (D)既不能提高激光束的方向性也不能提高其單色性 3自然加寬是由于（ a）引起（A）激發(fā)態(tài)有一定的壽命 （B）粒子

14、的碰撞（C）多普勒效應(yīng) （D）粒子的振動4.多普勒加寬寬度可表示為(b )（A） （B）（C） （D）5.一平凹腔,其凹面鏡的半徑R小于腔長L,它是( )6對稱共心腔在穩(wěn)定圖上的坐標(biāo)為（ a ）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）7在方型對稱情形，TEM11對應(yīng)的花樣（ b ）（A） （B） （C） （D） （E） 8在連續(xù)運轉(zhuǎn)激光器穩(wěn)定狀態(tài)（d ） （A）增益系數(shù)隨泵浦功率增加 （B）增益系數(shù)隨光強(qiáng)增加而減少（C）小信號增益系數(shù)隨光強(qiáng)增加 （D）增益系數(shù)等于閾值增益系數(shù)9設(shè)均勻增寬型介質(zhì)的小訊號增益曲線的寬度為，當(dāng)時的穩(wěn)定工作時訊號增益曲線的線寬為（c

15、 ） 10 鎖模激光器輸出脈沖功率，為：（ b ）（A） 脈沖數(shù)目.（B）縱模數(shù)目.（C）橫模數(shù)目.（D）能級數(shù)目 二、填空題（共20分）1. 要制作一個腔長L60cm的對稱穩(wěn)定腔，反射鏡的曲率半徑取值范圍R (5分)2. 連續(xù)工作的CO2激光器輸出功率為50W(有效截面內(nèi)的功率)，聚焦后的基模有效截面直徑50mm，每平方厘米平均功率為 . (5分)3 .請完成下面的表格(每格2分，共10分)激光器名稱工作物質(zhì)粒子工作物質(zhì)形態(tài)激光譜線波長能級系統(tǒng) 類型激勵方式紅寶石 固態(tài)三能級系統(tǒng)He-NeNe原子能量的共振轉(zhuǎn)移三、計算題（40分）1（12分）HeNe激光器的中心頻率4.741014Hz，熒光

16、線寬F1.5l09Hz。今腔長Llm，問可能輸出的縱模數(shù)為若干？為獲得單縱模輸出，腔長最長為多少？2(14分)（1）試求出方形鏡對稱共焦腔鏡面上模的節(jié)線位置的表達(dá)式(腔長L、光波波長l、方形鏡邊長a)（2）這些節(jié)線是否等間距？3.（14分）某諧振腔的幾何參數(shù)分別是、及.(1)這是哪一類型諧振腔?(2)試求其等價對稱共焦腔的參數(shù)（ f ）.(3)請在同一個圖上給出該諧振腔與其等價對稱共焦腔的相對位置.四、簡答題（10分）1，穩(wěn)定球面腔激光器工作物質(zhì)橫向尺寸增大是否會增加輸出光束的光斑半徑？為什么？廣東工業(yè)大學(xué)試卷參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn) ( B )課程名稱: 激光原理與技術(shù) ?？荚嚂r間: 2007年

17、6月 18 日 (第16 周 星期 一 )一、 單項選擇題（每題3分，共30分） 1（ B ）、 2（ C ）、3（ A ）、4（ B ）、5（ C ）6（ A ）、7（ B ）、8（ D ）、9（ C ）、10（ B ）二、填空題（20分）1 30cm （5分）2 （5分）3 . (每格2分，共10分) 光泵浦氣體四能級系統(tǒng) 三、計算題（40分）1.(12分)解: 因為激光器的縱模間隔為 （3分）所以可能存在的縱模數(shù)為 即可能輸出的縱模數(shù)為10個。 （3分）要想獲得單縱模輸出，則： （3分） （3分）2（14分） 解： （1）方形鏡對稱共焦腔鏡面上模的振幅分布為： （2分） 其中： （2分）因為節(jié)線的位置，就是振幅為0的位置，所以令 （2分）得： x方向無節(jié)線； （2分） y方向節(jié)線