激光技术习题讲解.docx

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激光技术习题讲解激光技术习题讲解激光原理与技术实验YAG多功能激光实验系统光路图实验内容一、固体激光器的安装调试1、安装激光器。

2、调整激光器，使输出脉冲达最强二、激光参数测量1、测量自由振荡情况下激光器的阈值电压。

2、测量脉冲能量和转换效率。

3、测量光束发散角。

三、电光调Q实验研究1、调整Q开关方位，寻找V/4。

2、确定延迟时间。

3、测试动静比。

四、倍频实验1、测量倍频光能量与入射角的关系。

2、倍频效率的测量。

五、激光放大实验1、放大器放大倍率测量。

2、放大器增益测量3、最佳时间匹配测量。

第一章习题1、请解释

（1）、激光LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation辐射的受激发射光放大

（2）、谐振腔在工作物质两端各放上一块反射镜，两反射镜面要调到严格平行，并且与晶体棒轴垂直。

这两块反射镜就构成谐振腔。

谐振腔的一块反射镜是全反射镜，另一块则是部分反射镜。

激光就是从部分反射镜输出的。

谐振腔的作用一是提供光学正反馈，二是对振荡光束起到控制作用。

（3）、相干长度从同一光源分割的两束光发生干涉所允许的最大光程差，称为光源的相干长度，用Smax表示，相干长度和谱线宽度有如下关系：

Smax=2/光源的谱线宽度越窄，相干性越好。

2、激光器有哪几部分组成？

一般激光器都具备三个基本组成部分：

工作物质、谐振腔和激励能源。

3、激光器的运转方式有哪两种？

按运转方式可分为：

脉冲、连续，脉冲分单脉冲和重复脉冲。

4、为使氦氖激光器的相干长度达到1km，它的单色性/应为多少？

第二章习题1、请解释

（1）、受激辐射高能态E2的粒子受到能量h=E2-E1光子的刺激辐射一个与入射光子一模一样的光子而跃迁到低能级E1的过程称受激辐射.

（2）高斯光束由凹面镜所构成的稳定谐振腔中产生的激光束即不是均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高斯光束，沿Z方向传播的高斯光束的电矢量表达式为：

高斯光束是从zz,且随z而变.光束各处截面上的光强分布均为高斯分布.（3）、增益饱和受激辐射的强弱与反转粒子数N有关，即增益系数GN，光强IN。

N大，G大，由于受激辐射增强，N减少，因而G也随之减小，但还是有增益的，受激辐射仍然增强，这种增益系数随光强增加而减小的现象称增益饱和。

（4）、横模谐振腔中横向不同的稳态光场分布称为不同的横模，用TEMmn标记，m,n为横模序数.m,n=0时为基横模，其它模为高阶横模。

（5）、均匀增宽每个粒子对加宽谱线范围内的任一频率都有贡献，因而这种光谱线的加宽称为均匀加宽。

如光谱线的自然加宽和碰撞增宽。

（6）、阈值条件阈值条件就是光在增益介质中来回一次的增益大于或等于损耗,即:

或G（）内-（1/2L）Ln（r1r2）2、试计算连续功率均为1w的两光源，分别发射=0.5000m,=3000GHz的光,每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少?

解：

（1）

（2）3、一光源发射=0.6000m波长时，如果（I激/I自）=1/20000，求此时单色辐射能量密度等于多少？

由得4、设氖原子静止时发光中心频率为0=4.741014HZ，室温下氖原子的平均速率设为560m/s。

求此时接收器接收频率与中心频率相差若干？

由得5、稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R1=40cm，R2=100cm，求腔长L的取值范围。

解：

用作图法可解得0Eg,P-N结这个作用区很小，厚度为m量级。

当Eghvf1（入射透镜紧靠共焦腔输出镜面），求该望远镜系统光束发散角的压缩比。

（图略）解：

入射透镜处光斑半径;发散角的压缩比：

第五章激光应用1、激光切割时加喷高压气流的作用是什么？

一定压力（13个大气压）的气流（氧气或空气）与热金属发生强烈的放热反应,提供了部分能量,使切割速度显著提高.有辅助切割的作用并能保护光束系统不被汽化的材料所污染.2、激光打孔时，单次打孔一般用在什么情况下？

单脉冲打孔存在着一些问题不好解决,例如液态材料未被喷出,出现再凝固问题就不好解决,因此单脉冲打孔仅用在薄板零件上打盲孔,其它情况均采用多脉冲打孔.3、激光焊接与激光切割、打孔有什么不同？

影响激光焊接的因素有哪些？

与切割打孔不同,焊接只需将材料熔化即可.因而必须严格控制能量输出,升温控制在熔化与蒸发之间,只有这样才能达到高质量的焊接效果.影响激光焊接的因素有光功率密度、作用时间、材料性质、焊接方式等。

4、激光动平衡去重法有哪两种？

它们各有什么特点激光动平衡去重有两类。

1.按偏重量去重平衡，2.定量去重平衡。

按偏重量去重平衡是检测出偏重量，自动给出一幅值信号，控制激光输出能量，以除去相应的重量。

定量去重平衡不需要电路反馈系统，不论偏重大或偏重小，每次输出激光能量都是一定的，因而每次去重量也是一定的。

5、激光热处理有什么特点？

激光热处理可以分为哪几种？

激光热处理具有以下优点：

1、由于激光功率密度高，加热速度极快，冷却速度也快，可以自行冷却，因而热影响区小，工件变形小，处理后不需修整。

2、由于光束传递移动方便，可以对形状复杂的零件或零件的某一部份进行处理，如盲孔底、深孔内壁、凹槽等，也可以根据需要在同一零件的不同部位进行不同的处理。

3.由于加热速度极快，即达到了表面改性的目的，又不影响材料内部原有的性能。

即提高了表面硬度和耐磨性，又保持材料内部韧性。

4.由于处理后变形小，不破坏工件表面原有光洁度。

激光热处理中应用较多的是表面强化，相变硬化和激光表面合金化、激光涂敷等。

6、激光脉冲测距仪对光脉冲的要求有哪些？

测距仪对光脉冲的要求光脉冲应有足够的强度（避免反射回来的光太弱）光脉冲方向性要好。

一是为了能量集中，能测很远，二是希望能准确的判明方位。

（3）光脉冲单色性要好。

为避免杂散光的影响，加了滤光片，光脉冲单色性好的话，滤光效果更佳。

能有效提高信噪比。

光脉冲宽度要窄。

因为光速非常高，距离不太大的话，往返时间很短。

若脉冲宽度较大，即发射时间较长的话，有可能使发射光与反射回来的光重叠，这样就无法测量，因此光脉冲宽度一定要窄，可通过调Q技术解决这一问题。

7、位相测距仪的工作原理是什么？

位相测距是测定连续的调制激光在待测距离d上往返的位相差来间接测量传播时间t的。

我们知道光波在传播过程中位相是不断变化的，每传播波长的一段距离，位相就变化2。

所以距离d、光波往返位相差和光波波长之间的关系为：

2d=（/2）（：

往返d一次位相变化）或d=（/2）（/2）

（1）这里，/2相当于测尺长Ls，/2相当于d内包括测尺长Ls的数目。

若令=2N+，其中N为正整数，是中不足2的尾数，并考虑到Ls=/2，

（1）式改写为d=Ls（/2）=Ls（N+/2）

（2）8、画出激光干涉测长仪简化光路，并解释其工作原理。

（图略）工作原理如下：

由He-Ne激光器发出的光经半透半反镜P后被分成两束，一束经固定反射镜M1反射回来，另一束经可动反射镜M2反射回来，两束光经过P后汇合产生干涉。

光束1的光程不变，而光束2的光程则随着平台一起移动的M2的移动而改变。

两光束光程差：

S=（2n+1）（/2）暗条纹S=2n（/2）亮条纹（n为正整数）当两束光的光程相差激光半波长的偶数倍时，它们相互加强，在计数器的接收屏上形成亮条纹，当两束光的光程相差半波长的奇数倍时，它们相互抵消，在接收屏上形成暗条纹。

因此，M2沿光束2方向上每移动半波长（/2）的长度，光束2的光程就改变一个，于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变化。

这个变化由光电转换装置转变成一个电信号而被光电计数器计数。

并由显示和记录装置加以显示和记录。

显然，我们只要记下M2移动时干涉条纹变化的周期数N就可以得到被测长度为：

L=N（/2）被测长度L也可以通过运算和显示电路直接显示出来。