激光物理學(xué)復(fù)習(xí)提綱

1、激光物理學(xué)復(fù)習(xí)提要1、激光的應(yīng)用有哪些？舉出實(shí)際例子，并說明運(yùn)用了激光的那些特性？2、按工作物質(zhì)來分，激光器的種類主要有哪些？激光器的基本結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成？3、激光為什么具有很好的單色性、相干性、方向性和高亮度的特點(diǎn)？試分別闡述激光具有以上這些優(yōu)越特性的緣故。為什么說普通光源是非相干光源？激光是相干光源？4、激光器激勵(lì)能源（泵浦源）最常見的激勵(lì)方式有哪些？氦氖激光器所采用的是那種激勵(lì)方式？紅寶石所采用的是那種激勵(lì)方式？5、光學(xué)諧振腔對(duì)激光形成起到了什么作用？6、形成穩(wěn)定輸出激光的內(nèi)在條件是什么（激活介質(zhì)）？外在條件是什么（諧振腔、與激活介質(zhì)和諧振腔相匹配的激勵(lì)能源）？7、原子所發(fā)射的每一條光

2、譜線的頻率（或波長(zhǎng)）并不是單一的，實(shí)際的光譜線都具有一定的寬度，造成光譜線自然增寬的原因是什么？造成光譜線碰撞增寬原因是什么？造成光譜線多普勒增寬的原因是什么？某原子的某條光譜線的譜線寬度又稱為熒光線寬，激光物理學(xué)中稱為光譜線的增益寬度，比如:氖原子632.8nm譜線的增益寬度Av =1500MHz8、愛因斯坦輻射理論：光與物質(zhì)相互作用三個(gè)基本過程？9、為什么把基模激光束稱為高斯光束？試描述高斯光束的光束特性：（1）波陣面上（通常指光束橫截面）的振幅（或光強(qiáng)）分布特點(diǎn)？ （2）光束傳播特點(diǎn)？（提示：從光束的發(fā)散情況說明，是平 行、發(fā)散還是匯聚，光束傳播的規(guī)律？）（3）該光束波陣面的形狀與分布情

3、況？并且畫出高斯光束橫截面的光強(qiáng)I按光斑半徑尸的分布曲線（原點(diǎn)。為圓形光斑的中心）。10、在實(shí)際應(yīng)用激光時(shí)，需要了解激光器的模式狀態(tài)。例如，在全息照相實(shí)驗(yàn)中所使用的激光器的模 式狀態(tài)必須是怎樣的？（單縱模輸出？基橫模輸出？）11、在激光模譜分析實(shí)驗(yàn)中，如果我們觀察到激光的模式譜線不穩(wěn)定，說明其輸出譜線的頻率不穩(wěn)定，試說明造成這種現(xiàn)象的主要因素是什么？12、要獲得單色性和相干性良好的激光，這就要求激光器必須是單縱模并且是穩(wěn)定輸出。要實(shí)現(xiàn) 激光由多模振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)閱慰v模振蕩，由不穩(wěn)定的輸出成為穩(wěn)定激光輸出，就要運(yùn)用激光的選模（選 頻）技術(shù)和穩(wěn)頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn).13、什么是“三能級(jí)系統(tǒng)”（指介質(zhì)中只有三個(gè)能

4、級(jí)參與實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）、“四能級(jí)系統(tǒng)” （指介質(zhì)中只有四個(gè)能級(jí)參與實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）？對(duì)各個(gè)能級(jí)的“平均能級(jí)壽命t ”的要求怎樣3的大小或是基態(tài)?激發(fā)態(tài)?亞穩(wěn)態(tài)？）?能級(jí)之間的躍遷情況（輻射躍遷？非輻射躍 遷？）？簡(jiǎn)述“三能級(jí)系統(tǒng)”、“四能級(jí)系統(tǒng)”是如何形成“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”的？14、光在諧振腔內(nèi)往返傳播中形成激光縱模（即基橫模），它必須滿足什么條件（即形成的主要原因）？形成高階橫模的主要原因是什么？15、愛因斯坦輻射理論指出光與物質(zhì)相互作用時(shí)三個(gè)基本過程總是同時(shí)存在的。普通光源與 激光只是在一定的條件下，是自發(fā)輻射為主的還是以受激輻射為主的光源。16、了解當(dāng)光在介質(zhì)中傳播(比如沿2軸方向)的規(guī)律為

5、I(Z) = I(0)e-az，這就是光吸收的 朗伯定律；當(dāng)光在增益介質(zhì)中傳播(比如沌軸方向)的規(guī)律，在激光物理中推導(dǎo)得到光強(qiáng) 沿Z軸傳播的規(guī)律為I(z) = I(0)e&，G為增益介質(zhì)的增益系數(shù)。其中光吸收系數(shù)a和增益系數(shù)G是與介質(zhì)的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)的參量。綜合I(z) = I(0)exp( n 一 n )B f (v)hv z當(dāng)（七一 n） 0時(shí)12 當(dāng)（七一 n） 0 時(shí)，G(v) = (n - n 皇)B hv f (v)為正值，總體表現(xiàn)為光的放大;2 g 121 g 21 c17、激光的工作物質(zhì)必須具備合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)(又稱為激活介質(zhì))，理論和實(shí)驗(yàn)都表明，“三 能級(jí)系統(tǒng)”(指物質(zhì)有三個(gè)能級(jí)

6、參與實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn))和“四能級(jí)系統(tǒng)”才能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)(即能實(shí)現(xiàn)上能級(jí)粒子數(shù)密度2下能級(jí)粒子數(shù)密度畫出“三能級(jí)系 TOC o 1-5 h z 統(tǒng)”能級(jí)間的輻射躍遷示意圖，在圖中標(biāo)出E，E，E相應(yīng)的平均能級(jí)壽命T、T、T， 123123并說明那個(gè)能級(jí)是亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)、哪個(gè)是基態(tài)，那個(gè)激發(fā)態(tài)能級(jí)的平均壽命較小(或較大)？圖中符號(hào)“I”或“f”以及“戴箭頭的虛線”的各能級(jí)間躍遷的含義(如抽運(yùn)、無輻 射躍遷、輻射躍遷)是什么？用符號(hào)A、W、W標(biāo)出E與E間的各能級(jí)輻射躍遷)；21122112試簡(jiǎn)述“三能級(jí)系統(tǒng)”是如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的？(為便于說明，圖中可標(biāo)出各個(gè)能級(jí) E，E，E以及相應(yīng)的粒

7、子數(shù)密度n、七、七)。 12312318、對(duì)已知腔長(zhǎng)的基模激光器和已知輸出譜線的增益寬度為Av，試求其相鄰縱模頻率間隔W *是多少？可能形成的縱模個(gè)數(shù)是多少？對(duì)于給定腔鏡曲率半徑的激光器，計(jì)算其相鄰橫模頻率間隔 Av是多少？Am+A n=119、在測(cè)量激光器的發(fā)散角時(shí)，實(shí)驗(yàn)中我們測(cè)得某激光器的傳播距離位置，并測(cè)定出光束在該位置的 光斑半徑為 (Z)，試計(jì)算該激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角29為多少弧度(rad)？20、全息照相和普通照相在實(shí)驗(yàn)過程中有相同之處，但理論上、實(shí)驗(yàn)和再現(xiàn)方法上都有著本質(zhì)的區(qū)別。普通照相是建立是以 為基礎(chǔ)的理論，而全息照相是建立是以 為基礎(chǔ)的理論；普通照相拍攝時(shí)，只記錄物光波的信息，而全息照相不僅記錄了物