（激光原理與技術(shù)）課程試題B試卷試題答案

1、（激光原理與技術(shù)）課程試題B試卷試題答案一、填空題20分，每空1分1、愛因斯坦提出的輻射場與物質(zhì)原子互相作用主要有三個經(jīng)過，分別是自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射。2、光腔的損耗主要有幾何偏折損耗、衍射損耗、腔鏡反射不完全引起的損耗和材料中的非激活吸收、散射、插入物損耗。3、激光中諧振腔的作用是形式選擇和提供軸向光波模的反應(yīng)。4、激光腔的衍射作用是構(gòu)成自再現(xiàn)模的重要原因，衍射損耗與菲涅耳數(shù)有關(guān)，菲涅耳數(shù)的近似表達式為，其值越大，則衍射損耗愈小。5、光束衍射倍率因子文字表達式為。6、譜線加寬中的非均勻加寬包括多普勒加寬，晶格缺陷加寬兩種加寬。7、CO2激光器中，含有氮氣和氦氣，氮氣的作用是提高激光上

2、能級的鼓勵效率，氦氣的作用是有助于激光下能級的抽空。8、有源腔中，由于增益介質(zhì)的色散，使縱橫頻率比無源腔頻率縱模頻率更靠近中心頻率，這種現(xiàn)象叫做頻率牽引。9、激光的線寬極限是由于自發(fā)輻射的存在而產(chǎn)生的，因此無法消除。10、鎖模技術(shù)是為了得到更窄的脈沖，脈沖寬度可達S，通常有主動鎖模、被動鎖模兩種鎖模方式。二、簡答題四題共20分，每題5分1、什么是自再現(xiàn)？什么是自再現(xiàn)模？開腔鏡面上的經(jīng)一次往返能再現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)場分布稱為開腔的自在現(xiàn)摸2、高斯光束的聚焦和準(zhǔn)直，是實際應(yīng)用中經(jīng)常使用的技術(shù)手段，在聚焦透鏡焦距F一定的條件下，畫出像方束腰半徑隨物距變化圖，并根據(jù)圖示簡單講明。3、燒孔是激光原理中的一個重要概

3、念，請講明什么是空間燒孔？什么是反轉(zhuǎn)粒子束燒孔？4、固體激光器種類繁多，請簡單介紹2種常見的激光器鼓勵方式、工作物質(zhì)、能級特點、可輸出光波波長、實際輸出光波長。三、推導(dǎo)、證實題四題共40分，每題10分1、短波長真空紫外、軟X射線譜線的主要加寬是自然加寬。試證實峰值吸收截面為220=。證實：根據(jù)P144頁吸收截面公式4.4.14可知，在兩個能級的統(tǒng)計權(quán)重f1=f2的條件下，在自然加寬的情況下，中心頻率0處吸收截面可表示為：NvA?式sN21=?P133頁公式4.3.9又由于sA121=，把A21和N的表達式代入1式，得到：22021=。2、請推導(dǎo)出連續(xù)三能級激光器的閥值

4、泵浦功率表達式。四、計算題四題共40分，每題10分1、為了使氦氖激光器的相干長度到達1KM，它的單色性0?應(yīng)為多少？解：設(shè)相干時間為，則相干長度為光速與相干時間的乘積，即根據(jù)相干時間和譜線寬度的關(guān)系cLc=?1又由于?=?，00c=，nm8.6320=由以上各關(guān)系及數(shù)據(jù)能夠得到如下形式：單色性=?=?=cL0=101210328.61018.632-?=?nmnm2試求出方形鏡共焦腔面上30TEM模的節(jié)線位置，這些節(jié)線是等距分布嗎？解：方形鏡共焦腔自再現(xiàn)模知足的積分方程式為()(),dydxeyxeLiyxaaaaLyyxxikmnikLmnmn?-+-?=經(jīng)過博伊德戈登變換，在通過厄密-高斯

5、近似，能夠用厄密-高斯函數(shù)表示鏡面上場的函數(shù)()()()LyxcnmmnmneyLHxLHCyx2222,+-?=()()()()()LyxLyxexLxLCeyLHxLHCyx22222122822,330033030+-+-?-?=?=使()0,30=yx就能夠求出節(jié)線的位置。由上式得到：lxx223,03,21=，這些節(jié)線是等距的。3若已知某高斯光束的束腰半徑為0.3毫米，波長為632.8納米。求束腰處的q參數(shù)值，與束腰距離30厘米處的q參數(shù)值，與束腰相距無限遠處的q值。解：束腰處的q參數(shù)值實際上就是書中的公交參量激光原理p73-2.9.12：iiifq68.44200=根據(jù)公式激光原理

6、p75-2.10.8()zqzq+=0，能夠得到30厘米和無窮遠處的q參數(shù)值分別為()iqq68.443030300+=+=無窮遠處的參數(shù)值為無窮大。4、長度為10厘米的紅寶石棒置于長度為20厘米的光諧振腔中，好寶石694.3納米譜線的自發(fā)輻射壽命為sS3104-?，均勻加寬線寬為MHz5102?，光腔單程損耗因子2.0=，求：1中心頻率處閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)tn?。2當(dāng)光泵鼓勵產(chǎn)生反轉(zhuǎn)粒子數(shù)tnn?=?2.1時，有多少個縱模能夠振蕩？紅寶石折射率為1.76解：解法一：1、閥值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)為2)、根據(jù)題意，若震蕩帶寬為，則應(yīng)該有由上式能夠得到相鄰縱模頻率間隔為所以所以有164-165個縱模能夠起振解法

7、二：1根據(jù)公式P166-5.1.4可知：lnt21=?，其中l(wèi)是紅寶石的長度，21使激光上下能級的發(fā)射截面。根據(jù)題意紅寶石激光器是均勻加寬，因而能夠利用均勻加寬的發(fā)射截面公式P144-4.4.15得到：HA?=202212214，根據(jù)c=，c=00，SA121=，代入發(fā)射截面公式，得到：HSHA?=?=22202022122144，把此式代入閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)公式得到：cmllnHt/1006.44172020221?=?=?2根據(jù)公式P150-4.5.5得到：tnng?=?=21212.10根據(jù)公式P153-4.8.18得到：()()22221220221222.1220?+-?=?+-?=?=HHtHHttngng由上式能夠求得振蕩譜線寬度：MHz401094