激光原理与技术期末复习试题含答案重修用.docx
《激光原理与技术期末复习试题含答案重修用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光原理与技术期末复习试题含答案重修用.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
激光原理与技术期末复习试题含答案重修用
电子科技大学2012-2013学年第1学期重新学习考试
课程名称：
_激光原理与技术_考试形式：
考试日期：
2013年1月14日考试时长：
120分钟
本试卷试题由_____部分构成，共_____页。
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
合计
得分
一、选择题（共20分，共10题，每题2分）
1.下列哪个实验不能反映光的量子性：
。
A.黑体辐射B.光电效应C.牛顿环D.普朗克散射
2.关于激光振荡，下列哪种说法是正确的：
。
A.集居数反转是激光振荡的充分条件；
B.只有驻波腔才能产生激光振荡；
C.集居数反转是激光振荡的必要条件；
D.激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。
3.与普通光源相比，下列哪一个不是激光的特性：
。
A.相干性好B.光子简并度高C.同一模式内光子数多D.功率高
4.对于开放光学球面两镜腔，下列哪一个不是谐振腔稳定性条件：
。
A.
B.
C.
D.
5.下列哪一个参数与谐振腔的损耗有关：
。
A.腔内光子平均寿命B.受激发射截面C.上能级寿命D.谐振腔共焦参数
6.下列哪种加宽不属于均匀加宽：
。
A.自然加宽B.晶格缺陷加宽C.碰撞加宽D.晶格振动加宽
7.关于受激发射截面，下面表述哪一个是错误的：
。
A.是具有面积量纲的物理量
B.与入射光频率有关
C.是原子横截面的面积
D.受激跃迁速率与受激发射截面成正比
8.激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关：
。
A.小信号增益B.自然加宽谱线宽度C.受激发射截面D.谐振腔损耗
9.在KDP晶体的纵向电光调制中，半波电压与下列哪个参数无关：
。
A.晶体尺寸B.激光波长C.晶体电光系数D.晶体折射率
10.KDP晶体沿z轴加电场时，由单轴晶体变成双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了。
A.45°B.60°C.90°D.180°
二、填空题（共20分，共20空，每空1分）
1.在光与物质的三种相互作用中，是产生激光的主要机制，而所产生的光为非相干光。
2.在三维空腔中，模式数目与频率的成正比，这个现象称为。
3.任何一个共焦腔可以与个稳定球面镜腔等价，而任何一个稳定球面镜腔只能有个等价共焦腔。
4.在近似下，高斯光束是赫姆霍兹方程的解。
5.在采用KDP晶体的纵向电光调制系统中，使用波片使得通过晶体后的两偏振分量产生附加相位差为，使调制器工作在T=50%的偏置点上。
6.在布拉格声光衍射中，只有入射角
等于布拉格角
时，在声波面上衍射的光波才满足
条件，得到衍射极值。
7.在常规调Q激光器中，当谐振腔损耗很高时，激光器不能振荡，增益介质中的不断增大并达到极大值，而后瞬间谐振腔的Q值，激光器起振并输出巨脉冲。
8.可饱和吸收体是一种非线性吸收介质，在较强激光作用下，其随光强的增加而减小直至饱和，利用该特性可将其作为调Q元件。
9.锁模激光器的输出脉冲周期等于，脉冲宽度于被锁定的纵模数量。
10.被动锁模激光器中，由不规则脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段：
线性放大阶段、、。
11.用于倍频、差频、和频、光学参量振荡的晶体都是很大的晶体；为获得高效的倍频，必须满足匹配条件。
三、简答题（共10分）
1．写出激光的自激振荡条件。
（4分）
2．写出声光体调制器的三个主要组成部分。
（3分）
3．列举三种实现调Q的方式。
（3分）
四、简述题（共30分）
1．画出三能级和四能级系统的能级结构图，说明为什么四能级系统更容易实现粒子数反转。
（10分）
2．画出带偏振器的电光调Q激光器的结构图，并简述其工作原理。
（10分）
3．评述均匀加宽与非均匀加宽的本质区别，说明均匀加宽激光器易获得单纵模振荡的原因（不考虑空间烧空效应）。
（10分）
五、计算证明题（共20分）
1．证明：
在判别谐振腔稳定性时，对长度为
，折射率为
的增益介质棒，可等效成长度为
的自由空间。
（5分）
2．如图所示，波长为=1m的激光器，全反射镜的曲率半径R=0.4m，距离全反射镜a=0.1m处放置长为b=75mm的介质棒，其折射率
=1.5，棒的左右通光面上镀增透膜，介质棒的右端面到输出镜的距离c=50mm，输出镜的厚度不计。
（15分）
1）判别腔的稳定性；
2）求输出镜上的光斑半径；
3）在距输出镜d=0.2m处放置F=0.1m薄透镜，求经透镜变换后的光腰半径和位置。
电子科技大学2012-2013学年第1学期重新学习考试
课程名称：
_激光原理与技术_考试形式：
考试日期：
2013年1月14日考试时长：
120分钟
本试卷试题由_____部分构成，共_____页。
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
合计
得分
一、选择题（共20分，共10题，每题2分）
1.下列哪个实验不能反映光的量子性：
C。
A.黑体辐射B.光电效应C.牛顿环D.普朗克散射
2.关于激光振荡，下列哪种说法是正确的：
C。
A.集居数反转是激光振荡的充分条件；
B.只有驻波腔才能产生激光振荡；
C.集居数反转是激光振荡的必要条件；
D.激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。
3.与普通光源相比，下列哪一个不是激光的特性：
D。
A.相干性好B.光子简并度高C.同一模式内光子数多D.功率高
4.对于开放光学球面两镜腔，下列哪一个不是谐振腔稳定性条件：
B。
A.
B.
C.
D.
5.下列哪一个参数与谐振腔的损耗有关：
A。
A.腔内光子平均寿命B.受激发射截面C.上能级寿命D.谐振腔共焦参数
6.下列哪种加宽不属于均匀加宽：
B。
A.自然加宽B.晶格缺陷加宽C.碰撞加宽D.晶格振动加宽
7.关于受激发射截面，下面表述哪一个是错误的：
C。
A.是具有面积量纲的物理量
B.与入射光频率有关
C.是原子横截面的面积
D.受激跃迁速率与受激发射截面成正比
8.激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关：
D。
A.小信号增益B.自然加宽谱线宽度C.受激发射截面D.谐振腔损耗
9.在KDP晶体的纵向电光调制中，半波电压与下列哪个参数无关：
A。
A.晶体尺寸B.激光波长C.晶体电光系数D.晶体折射率
10.KDP晶体沿z轴加电场时，由单轴晶体变成双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了A。
A.45°B.60°C.90°D.180°
二、填空题（共20分，共20空，每空1分）
1.在光与物质的三种相互作用中，受激辐射是产生激光的主要机制，而自发辐射所产生的光为非相干光。
2.在三维空腔中，模式数目与频率的平方成正比，这个现象称为频谱浓缩。
3.任何一个共焦腔可以与无穷多个稳定球面镜腔等价，而任何一个稳定球面镜腔只能有一个等价共焦腔。
4.在旁轴近似下，高斯光束是赫姆霍兹方程的解。
5.在采用KDP晶体的纵向电光调制系统中，使用四分之一波片使得通过晶体后的两偏振分量产生附加相位差为/2，使调制器工作在T=50%的偏置点上。
6.在布拉格声光衍射中，只有入射角
等于布拉格角
时，在声波面上衍射的光波才满足相干加强
条件，得到衍射极值。
7.在常规调Q激光器中，当谐振腔损耗很高时，激光器不能振荡，增益介质中的反转粒子数不断增大并达到极大值，而后瞬间增大谐振腔的Q值，激光器起振并输出巨脉冲。
8.可饱和吸收体是一种非线性吸收介质，在较强激光作用下，其吸收系数随光强的增加而减小直至饱和，利用该特性可将其作为被动调Q元件。
9.锁模激光器的输出脉冲周期等于谐振腔环程时间，脉冲宽度反比于被锁定的纵模数量。
10.被动锁模激光器中，由不规则脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段：
线性放大阶段、非线性吸收阶段、非线性放大阶段。
11.用于倍频、差频、和频、光学参量振荡的晶体都是非对称性很大的晶体；为获得高效的倍频，必须满足相位匹配条件。
三、简答题（共10分）
1．写出激光的自激振荡条件。
（4分）
答：
2．写出声光体调制器的三个主要组成部分。
（3分）
答：
声光介质（1分），电声换能器（1分），吸声装置（1分）。
3．列举三种实现调Q的方式。
（3分）
答：
电光调Q（1分），声光调Q（1分），被动可饱和吸收调Q（1分）。
四、简述题（共30分）
1．画出三能级和四能级系统的能级结构图，说明为什么四能级系统更容易实现粒子数反转。
（10分）
答：
三能级和四能级系统的能级结构图分别如下图所示：
（3分）
（3分）
（三能级）（四能级）
三能级系统的激光下能级为基态能级，正常情况下基态能级集中了几乎所有的粒子数，需要将至少一半的粒子泵浦到高能级，而后再弛豫到激光上能级才能形成粒子数反转。
…………………（2分）
四能级系统的激光下能级粒子数可近似为0，有少量粒子泵浦到激光上能级即可形成粒子数反转，因而比三能级系统要容易的多………………………………………………………（2分）
2．画出带偏振器的电光调Q激光器的结构图，并简述其工作原理。
（10分）
答：
激光器结构图如下：
（4分）
（1）YAG晶体在氙灯的光泵下发射自发辐射光，经过偏振棱镜后变成x方向线偏振光。
若电光晶体上施加/4电压，沿x方向的线偏振光通过晶体后，变成圆偏振光，经全反射镜反射回来，再次通过调制晶体，变成沿y方向振动的线偏振光，不能再通过偏振棱镜，电光Q开关处于“关闭”状态，阻断激光振荡的形成。
…………………（3分）
（2）待激光上能级反转的粒子数积累到最大值时，突然撤去晶体上的/4电压，使激光器瞬间处于高Q值状态，产生雪崩式的激光振荡，就可输出一个巨脉冲。
…………………（3分）
3．评述均匀加宽与非均匀加宽的本质区别，说明均匀加宽激光器易获得单纵模振荡的原因（不考虑空间烧空效应）。
（10分）
答：
（1）对于均匀加宽，加宽的物理机制和谱线加宽的结果对每个原子都是相同的；自发辐射频谱分布上的任何频率处的光，都是所有原子发光的共同贡献，而不是仅仅哪些原子发光的贡献。
………（3分）
对于非均匀加宽，可以将原子进行分类，同类原子具有相同的均匀加宽，不同类原子均匀加宽的中心频率不同；自发辐射频谱分布上的光，不同频处的光是某一类原子发光的贡献，与其它原子无关。
…………………（3分）
（2）如果有强光存在，均匀加宽的增益系数会整体下降。
就是说即使不在强光频率处，增益系数也会下降。
因此在激光器起振过程中，最靠近中心频率的纵模优先起振，在稳态下其增益与损耗相等，而由于增益曲线整体下降的特性，其他纵模的增益小于损耗，不能起振，从而获得单纵模振荡…………………（4分）
五、计算证明题（共20分）
1
升级会员 