激光原理真题精选.docx
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激光原理真题精选
激光原理真题精选
[填空题]
1公司使用的激光粒度仪型号为（）
参考答案：
Mastersizer3000
[单项选择题]
2、对于以下几种激光器，在常温下，以均匀加宽为主的是（）？
A.氦氖激光器·
B.He-Cd金属蒸气激光器·
C.Nd：
YAG·
D.氩离子激光器
参考答案：
C
[填空题]
3湿法进样器的遮光度在（）
参考答案：
10%-20%
[单项选择题]
4、下列说法错误的是（）：
A.气体工作物质的加宽类型主要是碰撞加宽和多普勒加宽·
B.He-Ne激光器工作物质以非均匀加宽为主·
C.Nd：
YAG晶体在整个温度范围内都以均匀加宽为主
D.红宝石晶体在整个温度范围内也都以均匀加宽为主
参考答案：
D
[填空题]
5激光粒度仪目前使用较普遍的散射理论是（）
参考答案：
米氏散射理论
[单项选择题]
6、下列说法不正确的是（）：
A.晶格缺陷加宽属于非均匀加宽·
B.法不责众可以类比非均匀加宽·
C.多普勒加宽具有高斯函数形式·
D.多普勒线型函数就是原子数按表观中心频率的分布函数
参考答案：
B
[填空题]
7红光光源的波长为（）
参考答案：
633nm
[单项选择题]
8、以下说法不正确的是（）：
A.由于粒子之间的碰撞（相互作用）引起的谱线加宽称为碰撞加宽·
B.碰撞加宽也可用洛伦兹线型描述·
C.温度越高，晶格振动越剧烈，谱线越宽·
D.碰撞指两个原子碰上了
参考答案：
D
[判断题]
9、基于仪器的设计原理，数量分布结果能最好的反应Mastersizer3000对样品的敏感性。
参考答案：
错
[单项选择题]
10、下列说法不正确的是（）：
A.第一章得到光和物质相互作用的关系式是假定能级是无限窄的·
B.实际上，自发辐射并不是单色的·
C.线型函数可以理解为跃迁概率按频率的分布函数·
D.B21不仅与原子的性质有关，还与场的性质有关
参考答案：
D
[填空题]
11激光粒度仪中常用的特征值有哪些？
参考答案：
Dv（0.1），Dv（0.5），Dv（0.9）：
粒径的体积分布下累计值，即样品中小于该值的颗粒体积占了样品总体积的10%，50%或90%。
D（3，2）表面积加权平均粒径，对样品中小颗粒的存在敏感。
D（4，3）体积加权平均粒径，对样品中大颗粒的存在敏感。
残差：
应小于3%。
[单项选择题]
12、下列说法不正确的是（）：
A.6.7节讨论中认为原子和准单色光相互作用·
B.中心频率处的发射截面与吸收截面最大·
C.和原子相互作用的单色光的频率要精确等于原子发光的中心频率才能产生受激跃迁·
D.总能量密度的单位是焦/立方米
参考答案：
C
[填空题]
13使用湿法进样器应该考虑的因素有哪些？
参考答案：
分散介质：
尽量使用水作为分散介质；表面活性剂和添加剂；超声分散；气泡的影响；转速的选择；样品浓度（遮光度）。
[单项选择题]
14、下列说法正确的是（）：
A.如果激光器中有m个振荡模，则必须建立m+1个光子数密度方程·
B.简化处理多模振荡速率方程时所选择的矩形谱线所包含的面积为1·
C.洛仑兹线型与高斯线型的等效线宽是一样的·
D.总量子效率可以大于1
参考答案：
B
[填空题]
15请结合仪器配置，思考如何实现正确的测量？
参考答案：
[单项选择题]
16、下列关于均匀加宽物质增益说法不正确的是（）：
A.增益系数和入射频率有关·
B.在相同的入射光强下，入射光频率为中心频率时饱和效应最弱·
C.强光和弱光同时入射，强光会影响弱光的增益系数·
D.对于均匀加宽，增益饱和使增益在整个谱线上均匀下降
参考答案：
B
[填空题]
17如果激光器和微波激射器分别在10μm、500nm和γ=3000MHZ输出1瓦连续功率，问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？
参考答案：
功率是单位时间内输出的能量，因此，我们设在dt时间内输出的能量为dE，则功率=dE/dt
激光或微波激射器输出的能量就是电磁波与普朗克常数的乘积，即dE=nhν，其中n为dt时间内输出的光子数目，这些光子数就等于腔内处在高能级的激发粒子在dt时间辐射跃迁到低能级的数目（能级间的频率为ν）。
由以上分析可以得到如下的形式：
每秒钟发射的光子数目为：
N=n/dt，带入上式，得到：
每秒钟发射的光子数=
根据题中给出的数据可知：
把三个数据带入，得到如下结果：
[单项选择题]
18、下列关于非均匀加宽物质增益说法不正确的是（）：
A.非均匀加宽饱和效应的强弱与频率无关·
B.烧孔效应是非均匀加宽的特性·
C.烧孔面积表示真正的面积·
D.在多普勒加宽的驻波型激光器中，一般会出现两个烧孔
参考答案：
C
[填空题]
19设一对激光能级为E1和E2（f1=f2），相应的频率为ν（波长为λ），能级上的粒子数密度分别为n2和n1，求：
（a）当ν=3000兆赫兹，T=300K的时候，n2/n1=？
（b）当λ=1μm，T=300K的时候，n2/n1=？
（c）当λ=1μm，n2/n1=0.1时，温度T=？
参考答案：
在热平衡下，能级的粒子数按波尔兹曼统计分布，即：
（统计权重f1=f2）
其中Kb=1.38062·10-23JK-1为波尔兹曼常数，T为热力学温度。
[单项选择题]
20、静止氖原子的某谱线中心波长为632.8nm，设氖原子以0.8c的速度向着观察者运动，问其表观中心频率变为（）？
A.4.74x10^14（14表示上标，下同）Hz·
B.5.24x10^14Hz
C.7.24x10^14Hz
D.1.42x10^15Hz
参考答案：
D
[填空题]
21试证明，由于自发辐射，原子在E2能级的平均寿命为
参考答案：
证明如下：
根据自发辐射的定义可以知道，高能级上单位时间粒子数减少的量，等于低能级在单位时
间内粒子数的增加。
即：
---------------①（其中等式左边表示单位时间内高能级上粒子数的变化，高能级粒子数随时间减少。
右边的表示低能级上单位时间内接纳的从高能级上自发辐射下来的粒子数。
）
再根据自发辐射跃迁几率公式：
得到：
对时间进行积分，得到：
（其中n2随时间变化，n20为开始时候的高能级具有的粒子数。
）
按照能级寿命的定义，当时，定义能量减少到这个程度的时间为能级寿命，用字母τs表示。
因此，A21τs=1，即：
证明完毕
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[单项选择题]
22、氦氖激光器某一跃迁产生632.8nm谱线，求400K时它的多普勒线宽（）。
A.3.39GHz·
B.1.52GHz·
C.1.38GHz
参考答案：
B
[填空题]
23证明，当每个模式内的平均光子数（光子简并度）大于1时，辐射光中受激辐射占优势。
参考答案：
证明如下：
按照普朗克黑体辐射公式，在热平衡条件下，能量平均分配到每一个可以存在的模上，即
由上式可以得到：
又根据黑体辐射公式：
根据爱因斯坦辐射系数之间的关系式和受激辐射跃迁几率公式，则可以推导出以下公式：
则受激辐射跃迁几率大于自发辐射跃迁几率，即辐射光中受激辐射占优势。
证明完毕
[单项选择题]
24、以下关于激光器振荡模式说法正确的是（）：
A.以均匀加宽为主的固体激光器一般为单纵模振荡·
B.非均匀加宽激光器中不存在模竞争现象·
C.以均匀加宽为主的高气压气体激光器可获得单纵模振荡·
D.纵模间隔大于烧孔宽度时会产生模式竞争
参考答案：
C
[填空题]
25一质地均匀的材料对光的吸收系数为0.01mm-1，光通过10cm长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几？
如果一束光通过长度为1M地均匀激励的工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。
参考答案：
设进入材料前的光强为I0，经过z距离后的光强为I（z），根据损耗系数
[单项选择题]
26、下列有关激光器的纵模竞争哪些说法是错误的（）？
A.非均匀加宽激光器一般是多纵模振荡
B.均匀加宽激光器一般是多纵模振荡·
C.均匀加宽激光器存在着轴向空间烧孔和横向空间烧孔·
D.非均匀加宽激光器存在着多模共用一个表观中心频率的激活粒子的情况
参考答案：
B
[填空题]
27试求平凹、双凹、凹凸共轴球面腔的稳定条件。
参考答案：
共轴球面腔的，如果满足，则腔是稳定腔，反之为非稳腔，两者之间存在临界腔，下面我们就根据以上的内容来分别求稳定条件。
[单项选择题]
28、以下说法正确的是（）：
A.均匀加宽激光器的输出一定是单纵模的
B.He-Ne激光器输出功率随泵浦功率线性增大·
C.线宽极限是可以排除的·
D.有源腔中，由于增益物质的色散使纵模频率比无源腔纵模更靠近中心频率
参考答案：
D
[填空题]
29有一方形孔径共焦腔氦氖激光器，腔长L=30CM，方形孔径边长为d=2a=0.12CM，λ=632.8nm，镜的反射率为r1=1，r2=0.96，其他损耗以每程0.003估计。
此激光器能否做单模运转？
如果想在共焦镜面附近加一个方形小孔光阑来选择TEM00模，小孔的边长应为多大？
氦氖激光器增益由公式估算，其中的l是放电管长度。
分析：
如果其他损耗包括了衍射损耗，则只考虑反射损耗及其他损耗的和是否小于激光器的增益系数，增益大于损耗，则可产生激光振荡。
如果其他损耗不包括衍射损耗，并且菲涅尔数小于一，则还要考虑衍射损耗，衍射损耗的大小可以根据书中的公式δ00=10.9*10-4.94N来确定，其中的N是菲涅尔数。
参考答案：
根据，可以知道单程增益g0L=ln（1+0.0003L/d）=0.0723
[单项选择题]
30、下列关于阈值说法正确的是（）？
A.当粒子反转数大于零时，在激光谐振腔中能够产生自激振荡·
B.四能级的阈值功率反比于荧光谱线宽度·
C.三能级系统所需的阈值能量比四能级大得多·
D.钕玻璃激光器可以连续工作
参考答案：
C
[填空题]
31求圆形镜共焦腔TEM20和TEM02模在镜面上光斑的节线位置。
参考答案：
圆形镜共焦腔场函数在拉盖尔—高斯近似下，可以写成如下的形式：
[单项选择题]
32、下列说法不正确的是（）：
A.均匀加宽激光器中的模式竞争包括增益曲线均匀饱和引起的自选模作用·
B.激光器的效率通常可以用总效率和斜效率两种来表示·
C.斜效率为激光器输出功率和泵浦输入的电功率关系曲线的斜率·
D.空间烧孔效应中，腔内形成的驻波场，波腹处光强最大，增益系数最大
参考答案：
D
[填空题]
33今有一球面腔，两个曲率半径分别是R1=1.5M，R2=-1M，L=80CM，试证明该腔是稳定腔，求出它的等价共焦腔的参数。
参考答案：
共轴球面腔稳定判别的公式是，这个公式具有普适性（教材36页中间文字部分），
[单项选择题]
34、以下关于脉冲激光器说法不正确的是（）：
A.在某种意义上，长脉冲激光器也可看成一个连续激光器·
B.非稳态是系统打破原有热平衡状态到达新的稳态过程的一个阶段·
C.7.1节求解n2t时，在t=t0时n2t达到最大值。
这个最大值与稳态情况下得出的n2t是一样的·
D.对于短脉冲激光器，不能采用稳态速率方程求解
参考答案：
C
[填空题]
35今有一平面镜和一个曲率半径为R=1M的凹面镜，问：
应该如何构成一个平—凹稳定腔以获得最小的基模远场发散角，画出光束发散角与腔长的关系。
参考答案：
[单项选择题]
36、以下关于阈值说法正确的是（）：
A.对短脉冲激光器，一般谈激光器的阈值泵浦功率·
B.任何情况下三能级系统激光器中光腔损耗的大小对光泵阈值能量（功率）的影响都不大·
C.属于三能级系统的红宝石激光器一般只能以脉冲方式工作·
D.四能级激光器和三能级激光器的阈值泵浦功率没有统一的表达式
参考答案：
C
[填空题]
37某二氧化碳激光器材永平凹腔，凹面镜的R=2M，腔长L=1M，试给出它所产生的高斯光束的束腰腰斑半径的大小和位置，该高斯光束的焦参数和基模发散角。
参考答案：
[单项选择题]
38、以下关于激光器振荡模式说法不正确的是（）：
A.增益曲线均匀饱和会引起自选模作用·
B.均匀加宽稳态激光器的输出都是单纵模
C.由于轴向空间烧孔效应，不同纵模可以使用不同空间的激活粒子而同时产生振荡·
D.在非均匀加宽激光器中，一般都是多纵模振荡
参考答案：
B
[填空题]
3914某高斯光束束腰光斑半径为1.14MM，波长λ=10.6μM。
求与束腰相距30厘米、100厘米、1000米远处的光斑半径及相应的曲率半径。
参考答案：
根据公式（激光原理p71-2.9.4，2.9.6）
[单项选择题]
40、下列关于兰姆凹陷的说法中错误的是（）：
A.其输出功率与烧孔面积成正比·
B.兰姆凹陷的宽度大约等于烧孔宽度·
C.激光管的气压越大，兰姆凹陷变窄、变深·
D.气压高到一定程度，兰姆凹陷消失
参考答案：
C
[填空题]
41二氧化碳激光器输出波长为10.6微米的激光，束腰半径为3毫米，用一个焦距为2厘米的凸透镜聚焦，求欲得到焦斑半径为20微米及2.5微米时，透镜应该放在什么位置。
参考答案：
根据公式（激光原理p78-2.10.18）
[单项选择题]
42、关于频率牵引下列说法错误的是（）：
A.色散将影响有源谐振腔的模式·
B.对均匀加宽激光器，色散使纵模频率比无源腔纵模更远离中心频率·
C.对非均匀加宽激光器，色散使纵模频率比无源腔纵模更靠近中心频率·
D.色散在曲线中心频率附近呈现强烈
参考答案：
B
[填空题]
43二氧化碳激光谐振腔由两个凹面镜构成，两个镜面的曲率半径分别是1米和两米，光腔长度为0.5米。
问：
如何选择高斯光束腰斑的大小和位置，才能使它构成该谐振腔的自再现光束。
参考答案：
[填空题]
44什么是光波模式？
参考答案：
光波模式：
在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。
这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。
[填空题]
45
（1）用焦距为F的薄透镜对波长为λ、束腰半径为ω0的高斯光束进行变换，并使变换后的高斯光束的束腰半径ω0′<ω0（此称为高斯光束的聚焦），在F>f和两种情况下，如何选择薄透镜到该高斯光束束腰的距离？
（2）在聚焦过程中，如果薄透镜到高斯光束束腰的距离不变，如何选择透镜的焦距F？
参考答案：
[填空题]
46何谓光子简并度，有几种相同的含义？
激光源的光子简并度与它的相干性什么联系？
参考答案：
光子简并度：
处于同一光子态的光子数称为光子简并度。
光子简并度有以下几种相同含义：
同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。
联系：
激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。
[填空题]
47试计算R1=1M，L=0.25M，a1=2.5CM，a2=1CM的虚共焦腔的ξ单程和ξ往返.若想保持a1不变并从凹面镜M1端单端输出，应如何选择a2？
反之，若想保持a2不变并从凸面镜M2输出，a1如何选择？
在这两种情况下，ξ单程和ξ往返各为多大？
参考答案：
[填空题]
48激光器主要由哪些部分组成？
各部分的作用是什么？
参考答案：
激光工作物质：
用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的物质体系。
接收来自泵浦源的能量，对外发射光波并能够强烈发光的活跃状态，也称为激活物质。
泵浦源：
提供能量，实现工作物质的粒子数反转。
光学谐振腔：
A.提供轴向光波模的正反馈；B.模式选择，保证激光器单模振荡，从而提高激光器的相干性。
[填空题]
49当η为实数时，若η>2.02，最低损耗模为TE01模，而当η<2.02时，为EH11模，并证明TE01模的损耗永远比TM01模低。
参考答案：
[填空题]
50什么是热平衡时能级粒子数的分布？
什么是粒子数反转？
如何实现粒子数反转？
参考答案：
热平衡时能级粒子数的分布：
在物质处于热平衡状态时，各能级上的原子数（或集居数）服从玻尔兹曼分布。
粒子数反转：
使高能级粒子数密度大于低能级粒子数密度。
如何实现粒子数反转：
外界向物质供给能量（称为激励或泵浦过程），从而使物质处于非平衡状态。
[填空题]
51BeO在10.6μm波长时Re{ηn}=0.033，试求在内径为2a=1.4mm的BeO波导管中EH11模和EH12模的损耗a11和a12，分别以cm-1，m-1以dB/m及来表示损耗的大小。
当通过10cm长的这种波导时，EH11模的振幅和强度各衰减了多少（以百分数表示）？
参考答案：
[填空题]
52激光的基本特性是什么？
参考答案：
激光四性：
单色性、相干性、方向性和高亮度。
这四性可归结为激光具有很高的光子简并度。
[填空题]
53某二氧化碳激光器用SiO2作波导管，管内径2a=1.4mm，取Re{ηn}=1.37，管长10cm，两端对称地各放一面平面镜作腔镜。
试问：
为了EH11模能产生振荡，反射镜与波导口距离最大不得超过多少？
计算中激活介质增益系数0.01cm-1
参考答案：
[填空题]
54什么是谐振腔的谐振条件？
如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目？
参考答案：
（1）谐振条件：
谐振腔内的光要满足相长干涉条件（也称为驻波条件）。
波从某一点出发，经腔内往返一周再回到原来位置时，应与初始出发波同相（即相差为的整数倍）。
如果以表示均匀平面波在腔内往返一周时的相位滞后，则可以表示为。
λ为光在真空中的波长，L为腔的光学长度，q为正整数。
（2）如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目、纵模的频率、纵模间隔：
纵模的数目：
对于满足谐振条件频率为的波，其纵模数目，为小信号增益曲线中大于阈值增益系数的那部分曲线所对应的频率范围（振荡带宽）。
[填空题]
55设有一台麦克尔逊干涉仪，其光源波长为λ，试用多普勒原理证明，当可动反射镜移动距离L时，接收屏上的干涉光强周期性的变化2L/λ次。
参考答案：
[填空题]
56在激光谐振腔中一般有哪些损耗因素，分别与哪些因素有关？
参考答案：
损耗因素：
a、几何偏折损耗：
与腔的类型、腔的几何尺寸、模式有关。
b、衍射损耗：
与腔的菲涅尔数、腔的几何参数、横模阶次有关。
c、腔镜反射不完全引起的损耗：
与腔镜的透射率、反射率有关。
d、材料中的非激活吸收、散射、腔内插入物所引起的损耗：
与介质材料的加工工艺有关。
[填空题]
57在激光出现以前，Kr86低气压放电灯是最好的单色光源。
如果忽略自然加宽和碰撞加宽，试估计在77K温度下它的605.7纳米谱线的相干长度是多少？
并与一个单色性Δλ/λ=10-8的He-Ne激光器比较。
参考答案：
根据相干长度的定义可知，。
其中分母中的是谱线加宽项。
从气体物质的加宽类型看，因∆ν=cLc为忽略自然和碰撞加宽，所以加宽因素只剩下多普勒加宽的影响。
根据P138页的公式4.3.26可知，多普勒加宽：
[填空题]
58如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？
参考答案：
开腔镜面上，经过足够多次往返后，能形成这样一种稳恒场，其分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次能够再现出发时的场分布。
这种稳恒场经一次往返后，唯一可能的变化是，镜面上各点的场分布按同样的比例衰减，各点的相位发生同样大小的滞后。
把这种开腔镜面上的经一次往返能再现的稳恒场分布称为开腔的自再现模。
[填空题]
59什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性？
参考答案：
（1）任意一个共焦球面腔与无穷多个稳定球面腔等价；
（2）任一满足稳定条件的球面腔唯一地等价于某一个共焦腔。
即如果某一个球面腔满足稳定性条件，则必定可以找到而且也只能找到一个共焦腔，其行波场的某两个等相位面与给定球面腔的两个反射镜面相重合。
[填空题]
60为了使高斯光束获得良好聚焦，常采用的方法有哪些？
参考答案：
a）用短焦距透镜；
b）使高斯光束腰斑远离透镜焦点；
c）将高斯光束腰斑半径放在透镜表面处.
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