激光原理与技术习题一Word文档格式.docx
《激光原理与技术习题一Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光原理与技术习题一Word文档格式.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2、简要说明激光的产生过程。
3、简述谐振腔的物理思想。
4、什么是“增益饱和现象”？
其产生机理是什么？
四、计算与证明题
1、设一对激光能级为E2和巳（设g1=g2），相应的频率为（波长为入），能级上的粒子数密度分
别为n和n，求
（a）当v=3000MHz，T=300K时，n2/n^?
（b）当入=1口mT=300K时，n?
/n1=?
（c）当入=1口mn2/n,=0.1时，温度T=?
'
E°
exp（i2兀v°
t）,0<
t<
2、设光振动随时间变化的函数关系为
E（t）-」0,其它（V0为光源中心频率），
试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线
姓名得分
1•如选取透镜的两个焦平面作为入射面和出射面，透镜焦距为为。
f，该光学系统的传输矩阵
[10、
-11
1f丿
广0f
fo』
〔1n
（A）
（B）
1—0<
fJ
（C）
f
<
f0丿
（D）
1丿
-像共轭平面，则该光学系统的
2•如某光学系统的两个参考平面为一对物
ABCD变换矩阵四
个元素中，必有
（A）A=0
（B）B=0
（C）C=0（D）D=0
1•当光线顺序通过变换矩阵分别为Ti,T2,…,Tn的m个光学元件组成的光学系统时，前一元件的出射光线作为后一元件的入射光线，分别以第一个元件的入射面和最后一个面的出射面为参考平面，此光学系统的传输矩阵为。
2•反演对称光学系统对光线的变换作用与光学系统的使用方向无关，这样，反演对称光学系统的正向变换矩阵与反向变换矩阵。
3•反演对称光学系统变换矩阵的对角元素相等，且对应的行列式的值为。
三、计算题
1•焦距为10cm的正透镜与焦距为10cm的负透镜相距5cm，求两个透镜组成的光学系统的变换矩阵、等效焦距、主平面H2与H1以及焦点的位置，并作出相应的光路图。
（分别以两个透镜为参考平面）
班级序号姓名得分
一、选择题
1共焦腔在稳区图上的坐标为。
（A）（-1,-1）（B）（0,0）（C）（1,1）（D）（0,1）
2•腔的品质因数Q值衡量腔的。
（A）质量优劣（B）稳定性（C）存储信号的能力（D）抗干扰性
3.今有一球面腔R1=2m,R2=-1m,L=0.8m.该腔为。
（A）稳定腔（B）非稳定腔（C）临界腔（D）不能确定
二、填空题
1、设某固体激光器谐振腔长50cm，固体激光介质棒长30cm,其折射率为1.6,其本征纵模的频率间隔为。
2、设某激光器谐振腔长50cm，反射镜面半径为2cm,光波波长为400nm,则此腔的菲涅耳数为。
3、设激光器谐振腔两反射镜的反射率为R1=R2=R=0.98，腔长L=90cm,不计其它损耗，则腔
内光子的平均寿命为。
设v=5X1014Hz（即630nm）,则激光腔的Q值为。
三、证明题与计算题
1.试证明共焦腔是稳定腔。
2.设激光器谐振腔长1m,两反射镜的反射率分别为80%和90%，其它损耗不计，分别求光在腔内往返2周，以及t=10-8秒时的光强是初始光强的倍数。
3.假设激光腔内存在电磁场模式的电场为：
E（r,t）=E0u（r）exp-丄+j^t，式中tc为腔内
I2tc丿
光子寿命。
试求：
1）电场的傅立叶变换；
2）发射光的功率谱；
3）谱线宽度。
OIKnm
3cni-
-©
QB晡m
ti叶
21kHz
ST
Zl1IYU
□ff
iLb^Cd
1、TEM00高斯光束的强度图为
Mkr1550000™*
2、某单模光纤FP腔的输出特性如右图，该腔的自由谱宽为
GHz。
（A）10（B）20
（C）40（D）50
1、激光腔镜的衍射效应起着“筛子”的作用，它将腔内的
筛选出来。
2、FP腔的往返传输矩阵为
三、计算与综合题
1•某高斯光束入射到焦距为f的薄透镜，该薄透镜位于入射高斯光束的光腰处，如图所示求输出光束光腰位置及其光斑的大小。
2.为了测试某光纤FP腔的1.55pm波段透射特性，需要一台1.55g波段的宽激光光源，可是实验室没
有专用的相关波段光源，请同学们提出两种可行的解决方案。
《激光原理与技术》习题六
班级
序号
姓名
等级
-一一
1、
YAG激光器是典型的
系统。
（A）二能级
（B）三能级
（C）四能级
（D）多能级
2、
自然加宽谱线为
。
（A）咼斯线型
（B）抛物线型
（C）洛仑兹线型
（D）双曲线型
3、
某谱线的均匀加宽为
10MHz，中心频率所对应的谱线函数的极大值为
（A）0.1pS
（B）10-7Hz
（C）0.1s
（D）107Hz
1、一个模内即使没有光子，但仍具有一定的能量；
，这称为零点能。
当有n个光子时，该模具
2
有的能量为。
2、线型函数归一化条件的数学表达式是。
3、均匀加宽的特点是所有原子对于均匀加宽的贡献，原子不可区分。
4、聚光腔的作用是。
三、计算与综合题
12
1、分别求频率为Vt=v0_v和Vr=y0-—v处的自然加宽线型函数值（用峰值gmax表示）
22
2、某洛仑兹线型函数为
g（v）二
（V—V。
a
291012
（s）,求该线型函数的线宽也v及常数a。
3、考虑谱线加宽之后，原子（或粒子）的跃迁可用下式描述
警二n2B21.]g（v,vo）'
vdv
dtst一
请解释闪灯泵浦激光器效率不高的原因，指出提高光泵浦效率的途径，试举例说明。
1多普勒加宽发生在
介质中。
（A）固体
（B）液体
（C）气体
（D）等离子体
2、多普勒加宽谱线中心的光谱线取值为
0.939
（A）gmax
0.637
0.5
max
（C）gmax
心Vd
3、共焦腔基模光腰为
R
、2
2R
1激光器速率方程组是表征的微分方程组。
2、CO2激光器工作温度为
和工作物质各有关能级上的
随时间变化
受激辐射跃迁几率W21=
227C,则谐振腔内辐射场的单色能量密度Ev=
2032
（B2i=6X10m/Js,入=10.6讪
1、某脉冲激光介质中发光粒子的浓度为n=5x1012cm-3，介质棒长度为L=20cm，横截面面积为A=2mm2,
输出光频率为v=4x100THz，假设可将所有发光粒子全部激发到激光上能级，求在一次脉冲过程中输出的能量。
如脉冲宽度为t=5求平均输出功率。
2、画出四能级激光系统的能级图，并导出其速率方程组。
1、某激光器输出功率与泵浦功率之间的关系如右图。
该激光器的斜效率为：
。
（A）40%（B）50%
（C）75%（D）80%
2、某激光器输出功率与泵浦功率之间的关系如上题图。
则该激光器的泵浦阈值功率为W。
卯Z4號3Q
puoipporjBr（W）
-U
d-3_山墨aQ
（A）2.5
（B）5
10
（D）15
3、自发辐射爱因斯坦系数
A21与激发态
E2能级的平均寿命之间的关系是
（B）A21
（C）A21=■/2
A2^=/e
4、阈值条件是形成激光的
（A）充分条件
5、在粒子数反转分布状态下，微观粒子满足
（B）必要条件
（C）充分必要条件
不确定
（A）费米分布
（B）高斯分布
（C）波尔兹曼分布
负温度分布
6、对同一种介质，小信号增益系数随
而变。
（A）谱线宽度
（B）激发功率
（C）粒子数密度
自发辐射几率
1、在连续工作状态下，激光腔内光子数密度N随时间的变化可表示为
2、小信号情况下，反转粒子数及增益系数与
无关，与泵浦几率成正比。
增益系数与入射光
的频率有关。
1、氦氖激光器有下列三种跃迁，即3S2-2P4的632.8nm,2S2-2P4的1.1523叩和3S2-3P4的3.39艸的跃迁。
求400K时它们的多普勒线宽，分别用GHz、^m、cm-1为单位表示。
为了得到632.8nm的激光振荡，常
采用什么办法？
、多项选择（5个备选答案中至少2个正确）
1自发辐射具有下列性质（
A各向同性B单色性不好C非相干的
频率范围宽
E无确定偏振
2、原子受激辐射的光与外来的引起受激辐射的光具有
A频率
B发散角
C量子状态
偏振
传播方向
3、光谱线加宽是由下列因素引起的（
A原子碰撞B激发态有一定寿命
C热运动
D多普勒效应
E温度变化
4、在连续运转激光器稳定状态（
A增益系数随泵浦功率增加
增益系数随光强增加而减小
C小信号增益系数随光强增加
小信号增益系数随泵浦功率增加
增益系数等于阈值增益系
5、光谱线均匀加宽对应下列说法（A
A大量原子集体具有一定的寿命
B大量原子集体中的原子相互碰撞
C大量原子以同一线型发射
发射线型为高斯线型
发射线型为洛伦兹线型
E
1某激光器输出功率与泵浦功率之间的关系如右图。
2、非均匀加宽工作物质中反转粒子数的饱和行为会
产生“烧孔”效应。
当入射光频率为V2时，将使中心
频率在范围内的粒子
有饱和作用，在衍（V）曲线上形成一个以V2为中心的孔，孔的深度为
孔的宽度为
1若红宝石被光泵激励，求激光能级跃迁的饱和光强。
（请将解答写在反面）
2、长度为10cm的红宝石棒置于长度为20cm的光谐振腔中，红宝石694.3nm谱线的自发辐射寿命
35
s410s，均匀加宽线宽为210MHz。
光腔单程损耗：
=0.2。
求
（1）阈值反转粒子数「讥;
（2）当光泵激励产生反转粒子数「巾=1.2时，有多少个纵模可以振荡？
（红宝石折射率为1.76）
G
1设某激光的小信号峰值增益系数为Gmax，阈值增益系数为G。
令激发参量产，试证明：
对
Gt
于非均匀加宽工作物质来说，其振荡线宽与荧光线宽之间的关系为.Wosc=、1门一：
-.vD。
V1n2
2、试画图说明模式竞争过程
3、什么叫模式的空间竞争？
为了在均匀激光器中实现单模运转，可以采用什么措施?
4、连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？
为什么?
5、CO2激光器谐振腔长L=0.8m，放电管直径d=20mm,输出镜透射率T=0.04，其它往返损耗率为a=0.04。
求1）腔内的稳定光强；
2）激光器的输出功率；
3）最佳输出功率。
（设只有vo一个模式振荡，经验公式：
Gmax=1.4x10-/d（1/mm）,ls=72/d（W/mm））
6、He-Ne激光器谐振腔长L=1.5m，输出镜截面面积S=1mm1输出镜透射率T=0.02，激活介质的线宽为1GHz，饱和参量Is=10W/mm2，现将此激光器激活，激发参量为4。
求总输出功率。
（所有模式都按中心
频率计算）
_4
7、非均匀加宽气体激光器中，已知Gmax=10（1/mm），总单程损耗率为8=0.02，腔长L=0.5m，入射强光
频率为v二V。
1-VD，且光强达到稳定，求该光在增益曲线上所烧孔的深度83。
班级序号
当光泵能量低于阈值时,
作用占优，可观察到荧光谱。
A自发辐射
受激辐射
C受激吸收
D不确定
当光泵能量高于阈值时,
作用占优，可观察到激光。
受激吸收
三能级系统激光器，至少要把总粒子数的
抽运到激光上能级，才能实现激光振荡。
A1/2
B1/3
1/4
D1/10
3、以三能级系统为例，说明总量子效率的物理意义。
如何提高总量子效率?
1、脉冲掺钕钇屡石榴石激光器的两个反射镜透过率T,、T2分别为0和0.5。
工作物质直径d=0.8cm,折射
AAA
率=1.836，总量子效率为1,荧光线宽厶r=1.9510Hz，自发辐射寿命2.310s。
假设光
泵吸收带的平均波长妇=0.8ym。
试估算此激光器所需吸收的阈值泵浦能量丘戌。
1、右图是某连续激光经调制后的频谱，调制信号的频率
为。
（A）50MHz（B）100MHz
（C）5MHz（D）20MHz
2、如上题图，调制信号的宽度约为。
（A）5ns（B）10ns
（C）20ns（D）100ns
s-l
1、将信息加载到激光上的过程称为，激光称为载波。
外调制的特点是。
-12
2、计算KDP晶体纵向电光效应的半波电压。
使用He-Ne激光，，=0.6328」m、n。
=1.51、ne=1.47、=10.610
m/v,则半波电压为。
1、已知KDP的电光系数为丁
「41
410
063
，若在z轴方向加电场
E，求加电场后椭球折射率方程，并求
2、试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态（线偏光、椭圆偏光和自然光），并指出是根据什么现象？
如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制-为什么？
1调Q激光器的脉宽为量级。
（A）卩s（B）ns（C）ps（D）fs
2、为什么调Q时增大激光器的损耗的同时能造成上能级粒子数的积累？
3、实现调Q对激光器的基本要求是什么？
4、普通脉冲激光器的峰值功率不高的主要原因是什么?
5、简述调Q技术的基本思想
6、红宝石调Q激光器输出镜反射率为ri=0.96,另一镜反射率在「2=0.1到「2=1之间变化，红宝石棒与腔长同
2242
为L=20cm,截面积S=10mm,红宝石发射截面（si=2.5X10-m，设Q开关在反转粒子数达到「2低反射率所
对应的阈值时开启，求m及Pm（光波长■=694.3nm,折射率n=1.76）。
7、若调Q激光器的腔长L大于工作物质长I,及’分别为工作物质及腔中其余部分的折射率，试求峰值输出功率Pm表示式。
1试画出带偏振器的KDP电光调Q激光器结构示意图，并简述其工作原理。
2、在双45LN电光调Q激光器中，常采用光预偏置技术。
请问何为光预偏置技术？
3、脉冲透射式调Q技术又称“腔倒空”技术，请解释“腔倒空”，并举例说明。
4、声光调Q激光器的机理是什么？
试举例说明
5、请解释利用可饱和吸收体调Q激光器的工作原理，“漂白”的含义是什么？
试举例说明。
《激光原理与技术》习题十五（锁模）
1、右图是某锁模脉冲激光器输出的RF频谱，则此脉冲激光器
的重复频率为：
（A）2.5（B）5（C）10（D）50
2、如上题图,则此脉冲激光器的重复周期为：
s。
-8
（A）200（B）2.0X10
-10-12
（C）2.0X10（D）2.0X10
O
3、某一锁模激光器输出谱线形状近似于高斯函数，在变换极限下，其时间--带宽乘积约为
（A）0.441
（B）0.315（C）0.882（D）1.321
4、一锁模He-Ne激光器振荡带宽为
600MHz，输出谱线形状近似于高斯函数,
其相应的脉冲宽度为:
（A）0.74ns
（B）1ns
（C）1ps（D）1fs
1、在相关测量法中，设被测光场的光强为
I（t）,则二阶相关函数的定义为
超过阈值的纵模共有2N+1个，与自由运转的激光器的
倍。
2、设多模激光器的所有振荡模均具有相等的振幅,平均功率相比，由于锁模，其峰值功率增大了
3、利用可饱和吸收体锁模的激光器，称为激光器。
三、简答题
1•可饱和吸收体可压缩输入的脉冲信号，试说明其机理。
四、计算题
1、一锁模氩离子激光器，腔长1m，多普勒线宽为6000MHz，未锁模时的平均输出功率为3W。
试粗略估算该锁模激光器输出脉冲的峰值功率、脉冲宽度及脉冲间隔时间。
一、填空题
1谐振腔对不同阶数的横模有不同损耗，这一性能是实现横模选择的基础。
2、激光器的振荡频率范围是由工作物质的决定。
3、为了有效的选择横模，衍射损耗在模的总损耗中必须。
二、简答题
1模式选择的一般步骤是什么？
2、阐述短腔法选纵模的原理，并简要说明该方法的适用场合?
1激光工作物质是钕玻璃，其荧光线宽.，f=24.0nm,折射率=1.50，能用短腔选单纵模吗？
2、一台红宝石激光器，腔长L=500mm，振荡线宽厶d=2.410Hz，在腔内插入F-P标准具选单
纵模（n=1），试求它的间隔d及平行平板的反射率R。
3、图示激光器的Ml是平面输出镜，M2是曲率半径为8cm的凹面镜，透镜P的焦距F=10cm，用小孔光阑选TEM00模。
试标出P、M2和小孔光阑间的距离。
若工作物质直径是5mm，试问小孔光阑的直径应选
多大？
Mi
YAG
1、“光束质量”常用M2参数来描述，其物理实质是将实际光束与进行比较。
2、一个YAG激光放大器，•讥=61017cm3，、二仁=510」9cm2，对一矩形光脉冲放大，已知光束截面是0.5cm2，光子能量h=1.8610J9J，脉宽为10ns，能量为50mJ，若要求放大到200mJ，则放大介质的长度应为.
（A）4.62cm（B）7.44cm（C）8.64cm（D）1.55cm
3、再生式放大技术可分为和两
种。
4、FP腔半导体激光放大器是个偏置在以下的半导体激光器。
5、光纤拉曼放大器的优点是传输与放大同时进行，但需要较强的和很长的光纤。
6、强脉冲放大有何特点？
其机理是什么？
为将强脉冲无畸变放大，应如何操作？
7、设计激光放大器时应考虑那些因素?
&
何为再生式放大技术?
9、何为注入锁定技术?
1、在强激光的作用下，介质会表现出非线性效应，此时，介质的极化强度可表示为
2、对三阶非线性效应，介质的极化率、折射率和吸收系数都是的函数。
3、三阶非线性克尔介质的折射率可表示为。
4、倍频光子是由两个基频光子产生的。
符合能量守恒定律。
5、Nd:
YAG激光器发出激光的波长是1.06g,经倍频后，可得到波长为的激光。
6、绘出三波耦合的原理示意图，并写出相应的能量守恒与动量守恒方程
7、光学二次谐波，常称光学倍频，其相位匹配条件是什么？
为实现相位匹配，应如何操作?
8、写出光学和频、差频的能量守恒与匹配条件，并绘出相应的原理性框图。
9、解释光学参量放大?
10、何为光学参量振荡器？
光学参量振荡器与常见的激光振荡器有何异同?
升级会员 