《激光原理》期末復(fù)習(xí)試題2套含答案(大學(xué)期末復(fù)習(xí)資料)

PAGEPAGE12選擇題（請在正確答案處打√，2×11分）1．根據(jù)黑體輻射維恩位移定律，最大輻射強度波長,?·K,那么人體(300K)時輻射最大屬于:(A)可見光(B)近紅外(C)√遠(yuǎn)紅外光2.已知自發(fā)發(fā)射系數(shù)與受激發(fā)射系數(shù)之比,那么對于較短波長激光，例如紫外、X射線激光器相對于長波長激光器產(chǎn)生激光輸出將(A)√更難(B)更易(C)與波長無關(guān)3．激光腔的 Q因子越大，該腔的輸出單色性越高，即(A)√輸出光譜帶寬越小(B)輸出光譜帶寬越大(C)光子壽命越小4．電光調(diào)Q激光器的調(diào)制電壓波形一般為(A)√方波(B)正弦波(C)余弦波5．Nd+3:YAG和Ti+3:sapphire(摻鈦藍寶石)激光器中產(chǎn)生激光的物質(zhì)分別是√(A)Nd和Ti離子(B)YAG和Sapphire(C)Nd和Ti原子6．電光調(diào)制器半波電壓產(chǎn)生的相位差是(A)90度(B)45度(C)√180度7．一般情況下諧振腔的穩(wěn)定條件是（）：(A)√，(B)(C)，8．在下列哪一種情況下激光上下能級布居數(shù)最容易實現(xiàn)反轉(zhuǎn)(A)二能級系統(tǒng)(B)三能級系統(tǒng)(C)√四能級系統(tǒng)9．精密干涉測量，全息照相，高分辨光譜等要求單色性、相干性高的光源。(A)√單縱模(B)單橫模(C)多縱模10．假如各縱模振幅不同，則鎖模脈沖的時間和光譜帶寬積(A)等于1(B)√(C)011．鎖模與調(diào)Q激光器中，飽和吸收體的受激態(tài)壽命、（馳豫時間）與激光器可能產(chǎn)生的極限脈沖寬度關(guān)系是(A)和>，(B)和<(C)√<，>填空題(3×12分)激光光源與普通光源相比，具有哪三方面的優(yōu)點：（1）單色性高（2）方向性好（3）相干性高（或者亮度高）輻射能量交換的三個基本過程是：（1）受激吸收（2）受激發(fā)射（3）自發(fā)發(fā)射激光器的三個基本組成部分是：（1）工作物質(zhì)（2）諧振腔（3）驅(qū)動源聲光調(diào)制器的四個組成部分是：（1）聲光介質(zhì)（2）換能器（3）驅(qū)動電源（4）吸聲和聲反射材料試舉出常見的四大類鎖模的方法：（1）主動鎖模（2）被動鎖模（3）同步泵浦鎖模（4）自鎖模假設(shè)光場能態(tài)密度是，粒子從較低能態(tài)（能量E1）過渡到較高能態(tài)（能量E2）的受激吸收幾率是（1）；粒子從較高能態(tài)（能量E2）過渡到較低能態(tài)（能量E1）的受激發(fā)射和自發(fā)發(fā)射幾率分別是（2）和。諧振腔中的每一個穩(wěn)定的駐波就是腔的一個振蕩模。每個振蕩模有（1）一定的偏振；（2）一定的頻率（或者波長）；（3）一定的方向。調(diào)Q的基本原理是：在泵浦過程的大部分時間里諧振腔處于（1）低Q值或者高損耗狀態(tài)，故閾值很高，不能起振，從而在激光上能級的（2）粒子數(shù)不斷積累，到某一時刻反轉(zhuǎn)粒子數(shù)達到最大值，Q值突然（3）增大，建立激光振蕩，并輸出脈沖激光。激光諧振腔的兩個主要作用是提供（1）反饋放大和（2）選擇模式。聲光互作用的兩種類型是（1）RamanNath型：光波垂直于聲波場傳播方向；（2）Bragg型：入射光與聲場方向的夾角滿足布拉格方程。啁秋脈沖指的是不同的（1）頻率成分按時間序列處于脈沖的不同的部分。而群速度色散補償元件對啁秋脈沖產(chǎn)生（2）壓縮作用。采用適當(dāng)?shù)姆椒▽す膺M行腔內(nèi)調(diào)制，當(dāng)調(diào)制周期（1）等于腔內(nèi)縱模間隔的倒數(shù)時，每一縱模都會產(chǎn)生邊帶與相鄰的（2）__縱模____耦合，從而保持各縱模具有一定的（3）__相位__關(guān)系被鎖定。三問答與綜合題（1，2題必做；3，4，5題選二題）1，2題必做如下圖脈沖透射式調(diào)Q—腔倒空激光器原理圖中，偏振器P1和P2的透光軸平行，電光晶體上應(yīng)加還是電壓，為什么？(9分)工作物質(zhì)偏振器1電光晶體偏振器2調(diào)Q激光輸出全反鏡1V全反鏡2調(diào)Q激光輸出解：電光晶體應(yīng)該加半波電壓。當(dāng)工作物質(zhì)發(fā)射的熒光經(jīng)過偏振器1和加半波電壓的電光晶體時，其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，不通過偏振器2，而由偏振器2全反射至全反射鏡2，再由全反射鏡2反射回來經(jīng)過偏振器2反射到電光晶體之后，其偏振旋轉(zhuǎn)90度，并通過偏振器1至工作物質(zhì)放大和全反射鏡1形成激光振蕩。若突然撤消電光晶體的半波電壓，則放大后經(jīng)過偏振器1和電光晶體的激光，偏振方向不變，而從偏振器2輸出調(diào)Q激光脈沖。而電光晶體加四分之一波電壓時，偏振器1形成的偏振光通過電光晶體后變成圓偏振光，部分透過偏振器2，部分由全反射鏡2反射原路返回至電光晶體，再產(chǎn)生90度的相位差，部分不能通過偏振器1，而不能形成激光振蕩。解釋非均勻加寬介質(zhì)的增益曲線的“燒孔”現(xiàn)象、蘭姆凹陷及應(yīng)用。（9分）解：對于低氣壓的增益中心頻率的非均勻加寬介質(zhì)，在諧振腔某縱模光子的作用下，速度為的那部分激發(fā)粒子才產(chǎn)生受激發(fā)射，導(dǎo)致這部分粒子的損耗，即速度為的粒子數(shù)N2下降，而其他速度的激發(fā)原子不會參加到頻率為的受激發(fā)射中，因此在增益曲線上處增益下降至閾值，產(chǎn)生了一個凹穴。同理在上有另一凹穴，稱為燒孔效應(yīng)。當(dāng)調(diào)整腔長，使=時，兩側(cè)的“燒孔”即在中心重合，形成一個凹陷，即蘭姆凹陷，這一現(xiàn)象廣泛應(yīng)用于光頻率的穩(wěn)頻技術(shù)中。3，4，5題選二題（每題12分）假如行波放大器輸出光強為，放大介質(zhì)的譜線輪廓因子為,上下能級的粒子數(shù)為和，權(quán)重因子為，受激發(fā)射與吸收系數(shù)，試推導(dǎo)出增益系數(shù)的表達式。（12分）解：受激吸收產(chǎn)生的能量密度減小受激發(fā)射產(chǎn)生的能量密度增大由于非簡并時，由于所以上式對光程z積分：其中增益系數(shù)在的空腔內(nèi)有一帶寬為，波長為的躍遷，試問（1）此躍遷的頻率寬度是多少？（2）在此頻帶寬度范圍內(nèi)存在的模式數(shù)目是多少？（3）一個自發(fā)發(fā)射光子出現(xiàn)在某一模式的幾率是多少？解：（1）躍遷的頻率寬度是（2）在此頻帶寬度范圍內(nèi)存在的模式數(shù)目是（3）一個自發(fā)發(fā)射光子出現(xiàn)在某一模式的幾率是有一多縱模激光器縱模數(shù)是1000個，激光器的腔長1.5m，輸出的平均功率為1瓦，認(rèn)為各縱模振幅相等。（1）試求在鎖模情況下，光脈沖的周期，寬度和峰值功率各是多少？（2）采用聲光損耗調(diào)制元件鎖模時，調(diào)制器上加電壓，試問電壓的頻率是多大？解：（1）縱模間距：光脈沖周期：光譜寬度：光脈沖寬度：脈沖重復(fù)率：脈沖能量：峰值功率：（2）聲光調(diào)制器電壓頻率是選擇題（請在正確答案處打√，2×11分）1．根據(jù)黑體輻射維恩位移定律，最大輻射強度波長,?·K,那么人體(300K)時輻射最大屬于:(A)可見光(B)近紅外(C)√遠(yuǎn)紅外光2.假如一物質(zhì)的粒子具有定態(tài)基態(tài)E1(布居數(shù)N1)和激發(fā)態(tài)E2(布居數(shù)N2),下列哪種屬于非熱平衡態(tài)或布居數(shù)反轉(zhuǎn)。（A）√N2＞N1（B）N2=N1（C）N2＜N13.已知自發(fā)發(fā)射系數(shù)與受激發(fā)射系數(shù)之比,那么對于較短波長激光，例如紫外、X射線激光器相對于長波長激光器產(chǎn)生激光輸出將(A)√更難(B)更易(C)與波長無關(guān)4．光通過一個粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)的物質(zhì)，一般得到(A)√放大(B)衰減(C)不變化5．蘭姆凹陷是在下面哪種物質(zhì)中產(chǎn)生(A)均勻增寬介質(zhì)(B)√非均勻增寬介質(zhì)(C)高壓氣體6．電光調(diào)Q激光器的調(diào)制電壓波形一般為(A)√方波(B)正弦波(C)余弦波7．在下列哪一種情況下激光上下能級布居數(shù)最容易實現(xiàn)反轉(zhuǎn)(A)二能級系統(tǒng)(B)三能級系統(tǒng)(C)√四能級系統(tǒng)8．電光調(diào)制器半波電壓產(chǎn)生的相位差是（A）90度（B）45度（C）√180度9．在氦氖激光器中，激光躍遷發(fā)生在的各能級之間，氦原子成為氖原子激發(fā)的主要機制。(A)√氖原子(B)氦原子(C)氦氖原子10．鎖模激光脈沖寬度和激光振蕩的數(shù)目N或者工作物質(zhì)的熒光帶寬（A）成正比（B）√成反比（C）無關(guān)11．假如各縱模振幅相同，鎖模與同一個不鎖模激光器單個脈沖的峰值功率相比（A）√大N倍（B）小N倍（C）相同填空題(3×12分)激光光源與普通光源相比，具有哪三方面的優(yōu)點：（1）單色性高（2）方向性好（3）相干性高（或者亮度高）輻射能量交換的三個基本過程是：（1）受激吸收（2）受激發(fā)射（3）自發(fā)發(fā)射激光器的三個基本組成部分是：（1）工作物質(zhì)（2）諧振腔（3）驅(qū)動源聲光調(diào)制器的四個組成部分是：（1）聲光介質(zhì)（2）換能器（3）驅(qū)動電源（4）吸聲和聲反射材料諧振腔中的每一個穩(wěn)定的駐波就是腔的一個振蕩模。每個振蕩模有（1）一定的偏振；（2）一定的頻率（或者波長）；（3）一定的方向。激光諧振腔的兩個主要作用是提供（1）反饋放大和（2）選擇模式。激光器鎖模產(chǎn)生超短脈沖原理通常有兩種分析方法是（1）時間域；（2）頻率域。一閉合腔三維尺寸是，寫出該腔形成駐波（波長為）的條件（1）；（2）；（3）。激光調(diào)制按調(diào)制的性質(zhì)可以分為：（1）振幅調(diào)制；（2）相位調(diào)制；（3）頻率調(diào)制；（4）強度調(diào)制。超短脈沖壓縮色散補償技術(shù)有（1）棱鏡對法，（2）光柵對法，（3）啁秋鏡法。飽和吸收染料置于腔內(nèi),在激勵的初始階段,染料吸收造成腔內(nèi)__光子高損耗.此時腔呈“關(guān)閉”態(tài)；隨著激勵的增加，工作物質(zhì)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)密度上升，形成超輻射的強熒光，使染料吸收趨于_飽和__，突然變透明，腔呈“接通”態(tài)，激光振蕩產(chǎn)生一個巨脈沖。如實空間體積為，則空間每個模的體積為，則它在空間的模密度是（1）；由于和每個振蕩?？梢杂?個相互垂直的偏振模，空間的模體積是（2）；振蕩?？倲?shù)是（3）；實空間的模密度（單位體積和單位頻率間隔的振蕩模數(shù)）是（4）。三問答與綜合題（1，2題必做；3，4，5題選一道；）1，2題必做如下圖帶偏振器的調(diào)Q激光器原理圖中，電光晶體上應(yīng)加半波電壓還是四分之一波電壓，為什么？工作物質(zhì)偏振器電光晶體調(diào)Q激光輸出全反鏡電壓V部分反射鏡調(diào)Q激光輸出解：電光晶體應(yīng)該加半波電壓。當(dāng)工作物質(zhì)發(fā)射的熒光經(jīng)過偏振器1和加半波電壓的電光晶體時，其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，不通過偏振器2，而由偏振器2全反射至全反射鏡2，再由全反射鏡2反射回來經(jīng)過偏振器2反射到電光晶體之后，其偏振旋轉(zhuǎn)90度，并通過偏振器1至工作物質(zhì)放大和全反射鏡1形成激光振蕩。若突然撤消電光晶體的半波電壓，則放大后經(jīng)過偏振器1和電光晶體的激光，偏振方向不變，而從偏振器2輸出調(diào)Q激光脈沖。而電光晶體加四分之一波電壓時，偏振器1形成的偏振光通過電光晶體后變成圓偏振光，部分透過