工業(yè)大學激光原理及應用期末考試試卷及答案

激光原理及應用考試時間:第18周星期五(2007年1月5日)一單項選擇（30分）1．自發(fā)輻射愛因斯坦系數(shù)與激發(fā)態(tài)E2平均壽命τ的關(guān)系為（B）2．愛因斯坦系數(shù)A21和B21之間的關(guān)系為（C）3．自然增寬譜線為（C）（A）高斯線型（B）拋物線型（C）洛侖茲線型（D）雙曲線型4．對稱共焦腔在穩(wěn)定圖上的坐標為（B）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）5．閾值條件是形成激光的（C）（A）充分條件（B）必要條件（C）充分必要條件（D）不確定6．諧振腔的縱模間隔為（B）7．對稱共焦腔基模的遠場發(fā)散角為（C）8．諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q衡量腔的（C）（A）質(zhì)量優(yōu)劣（B）穩(wěn)定性（C）儲存信號的能力（D）抗干擾性9．鎖模激光器通?？色@得（A）量級短脈沖10．YAG激光器是典型的（C）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.任何一個共焦腔與等價，而任何一個滿足穩(wěn)定條件的球面腔地等價于一個共焦腔。(4分)2.光子簡并度指光子處于、、、。（4分）3．激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三部分，即、和。（3分）4．影響腔內(nèi)電磁場能量分布的因素有、、。（3分）5．有一個諧振腔，腔長L=1m，在1500MHｚ的范圍內(nèi)所包含的縱模個數(shù)為個。（2分）6．目前世界上激光器有數(shù)百種之多，如果按其工作物質(zhì)的不同來劃分，則可分為四大類，它們分別是、、和。（4分）三、計算題（42分）1．（8分）求He-Ne激光的閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度。已知＝6328?，1/f()＝109Hz，＝1，設總損耗率為，相當于每一反射鏡的等效反射率R＝l－L＝98.33％，＝10—7s，腔長L＝0.1m。2．（12分）穩(wěn)定雙凹球面腔腔長L＝1m,兩個反射鏡的曲率半徑大小分別為R1＝1.5m,R2＝3m求它的等價共焦腔腔長，并畫出它的位置。（12分）從鏡面上的光斑大小來分析，當它超過鏡子的線度時，這樣的橫模就不可能存在。試估算在L＝30cm,2a=0.2cm的He-Ne激光方形鏡共焦腔中所可能出現(xiàn)的最高階橫模的階次是多大？4．（10分）某高斯光束的腰斑半徑光波長。求與腰斑相距z=30cm處的光斑及等相位面曲率半徑。四、論述題（8分）1．（8分）試畫圖并文字敘述模式競爭過程激光原理及應用（A）卷答案及評分標準：一、（30分）BCCBCBCCAC二、（20分）.無窮多個穩(wěn)定球面腔(2分)唯一(2分)2.處于一個光子態(tài)的平均光子數(shù)(1分)處于同一模式的光子數(shù)(1分)相干體積內(nèi)偏振一樣的光子數(shù)(1分)處于同一相格中的偏振一樣的光子數(shù)(1分)3．工作物質(zhì)、激勵能源、光學諧振腔（3分）4．(1分)(1分)(1分)10（2分）6．固體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導體激光器（4分）三（42分）1（8分）解；2（12分）解：假設所要求的等價共焦腔的共焦參數(shù)為f，以等價共焦腔中點為z坐標的原點，M1，M2兩鏡的z坐標為z1和z2，有代入數(shù)值L＝1m,R1＝1.5m,R2＝3m得：（3分）等價共焦腔腔長（1分）位置如上圖所示。（4分）3．（12分）解：高階模沿x,y方向的光斑半徑分別為（2分）基模光斑半徑：（3分）橫模存在時，要求滿足（2分）即：（2分）即，同理有：故可能出現(xiàn)的最高階橫模的階次是7。（3分）4（10分）解：光斑半徑:等相位面曲率半徑:四、論述題（8分）1．（8分）答：圖中q-1，q-2，q，q+1，q+25個縱模滿足閾值條件，隨著外界激發(fā)的增強，則縱模的光強增長，但是，光強增加時，引起增益飽和作用，增益——頻率下降，曲線變扁，使曲線1變?yōu)榍€2，q-2，