激光原理部分題答案

1、07級光信息激光原理復(fù)習(xí)提綱簡答題1、 簡述自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收之間的聯(lián)系與區(qū)別。（1）受激輻射過程是一種被迫的、受到外界光輻射控制的過程。 沒有外來光子的照射，就不可能發(fā)生受激輻射。(2) 受激輻射所產(chǎn)生的光子與外來激勵光子屬于同一光子狀態(tài)， 具有相同的位相、傳播方向和偏振狀態(tài)。(3) 激光來自受激輻射，普通光來自自發(fā)輻射。兩種光在本質(zhì) 上相同：既是電磁波，又是粒子流，具有波粒二象性；而 不同之處：自發(fā)輻射光沒有固定的相位關(guān)系，為非相干光， 而激光有完全相同的位相關(guān)系，為相干光。(4) 自發(fā)輻射躍遷幾率就是自發(fā)輻射系數(shù)本身，而受激輻射的躍 遷幾率決定于受激輻射系數(shù)與外來光單色能量密度

2、的乘積。（5）受激吸收是與受激輻射相反的過程，它的幾率與受激輻射幾率一樣取決于吸收系數(shù)和外來光單色輻射能量密度的乘積。2、二能級系統(tǒng)有無可能通過光泵浦實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？（不能，PPT上有）E1E2B12B21A21在光和原子相互作用達到穩(wěn)定條件下得到不滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，所以不能實現(xiàn)。3、簡述均勻增寬和非均勻增寬的區(qū)別。（類型，貢獻不同ppt上有）4、簡述光譜線增寬類型，它們之間的聯(lián)系與區(qū)別均勻增寬的共同特點l 引起加寬的物理因素對每個原子都是等同的l 都是光輻射偏離簡諧波引起的譜線加寬非均勻增寬的共同特點l 原子體系中每個原子只對譜線內(nèi)與它的表觀中心頻率相應(yīng)的部分有貢獻，因而可以區(qū)分譜線上某一

3、頻率范圍是由哪一部分原子發(fā)射的。均勻增寬同非均勻增寬的區(qū)別是均勻增寬中每一個原子對譜線寬度內(nèi)任意頻率都有貢獻，且貢獻相同；而非均勻增寬中每一個原子只對其速度所對應(yīng)的頻率有貢獻，即不同速度的原子的作用是不同的。5、 畫圖簡述三能級和四能級系統(tǒng)產(chǎn)生激光的能級躍遷過程。（ppt）6、 簡述激光形成條件。（三要素，諧振腔，泵浦）7、如何使激光器內(nèi)受激輻射大于受激吸收和自發(fā)輻射，從而實現(xiàn)光放大。（ppt有）8、 諧振腔穩(wěn)定性的條件？穩(wěn)定條件：0 < ( 1-L /R1 ) ( 1-L /R2 ) <1R1，R2為球面鏡曲率半徑，L為腔長，凹面反射鏡的R 取正，凸面反射鏡的R 取負(fù)。9、簡述均

4、勻增寬介質(zhì)和非均勻增寬介質(zhì)增益飽和的區(qū)別？10、什么是燒孔效應(yīng)和蘭姆凹陷。（圖配文字）11、何為自再現(xiàn)模, 解釋自再現(xiàn)模積分方程中本征函數(shù)和本征值的物理含義。當(dāng)兩個鏡面完全相同時，經(jīng)過多次腔內(nèi)反射后，場分布將不再受衍射作用的影響，形成一種穩(wěn)定的場分布（雖然光強等比例衰減，各點相位發(fā)生同樣大小滯后），即場分布經(jīng)過一次往返后能夠“再現(xiàn)”出來，這個穩(wěn)定的橫向場分布就是諧振腔的自再現(xiàn)?；驒M模。本征函數(shù)umn: 表示在激光諧振腔中存在的穩(wěn)定的橫向場分布，就是自再現(xiàn)模，通常叫做“橫模”，m、n稱為橫模序數(shù)。本征值mn指對于一次渡越的衍射損耗（單程衍射損耗），m、n稱為橫模序數(shù)。12、簡述飽和光強是如何決定

5、腔內(nèi)光強以至激光器輸出功率大小的。不同激光工作物質(zhì)的飽和光強Is的值不相同。有些介質(zhì)，如二氧化碳，其飽和光強值很大。由二氧化碳構(gòu)成的激光器，即使腔內(nèi)光強的數(shù)值已經(jīng)很大，與介質(zhì)的飽和光強Is的比值仍遠(yuǎn)小于1，介質(zhì)對光波的增益仍然很大。知道腔內(nèi)光強的數(shù)值大到足以與飽和光強相比擬時，介質(zhì)對光波的增益才開始下降而出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。因此，由飽和光強大的二氧化碳介質(zhì)制成的激光器，腔內(nèi)光強將會很強。而另外一些介質(zhì)，例如氦-氖激光器的工作物質(zhì)，飽和光強很小。在氦-氖激光器中，腔內(nèi)光強不是很強時，與飽和光強相比已經(jīng)是一個不可忽略的值了，因此介質(zhì)在不大的光強之下就使增益系數(shù)開始下降，出現(xiàn)了增益飽和現(xiàn)象。這時，光波在介

6、質(zhì)中的放大率開始下降，隨著光強值I繼續(xù)增加，比值I/Is繼續(xù)增大，I被放大的相對增長率G（v0）繼續(xù)下降，直至光放大過程趨于停止。因此，飽和光強值小的介質(zhì)，腔內(nèi)光強一定不會很強?？梢?，飽和光強的確是介質(zhì)的一個重要參量，它決定著腔內(nèi)光強以致激光器輸出功率的大小。計算題1、 要制作一個腔長L60cm的對稱穩(wěn)定腔，（1） 反射鏡的曲率半徑取值范圍如何？（2） 若穩(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？ 2、激光器的諧振腔由一面曲率半徑為1m的凸面鏡和曲率半徑為2m的凹面鏡組成，求腔長L在什么范圍內(nèi)是穩(wěn)定腔？3、 腔長為0.5m的氬離子激光器，發(fā)射中心頻率5.85´

7、;l014 Hz，熒光線寬 6´l08Hz，問它可能存在幾個縱模? 相應(yīng)的縱模階數(shù)q值為多少？ (設(shè)=1) 4、 在紅寶石Q調(diào)制激光器中，有可能將全部Cr3(鉻離子)激發(fā)到激光上能級并產(chǎn)生巨脈沖。設(shè)紅寶石直徑0.8cm，長8cm，鉻離子濃度為2×1018 cm-3，巨脈沖寬度為10ns。求：輸出0.6943mm激光的最大能量和脈沖平均功率？最大能量脈沖平均功率：5、 He-Ne激光器的中心頻率4.74×1014Hz，熒光線寬1.5´l09 Hz。若腔長Ll m，問可能輸出的縱模數(shù)為幾個？為獲得單縱模輸出，腔長最長為多少？可能存在的縱模數(shù)有11個 腔長最長不得大于 0.2m6、考