激光原理與應(yīng)用課試卷試題答案

1、-作者xxxx-日期xxxx激光原理與應(yīng)用課試卷試題答案【精品文檔】 激光原理及應(yīng)用陳家璧主編一、填空題（20分，每空1分）1、愛因斯坦提出的輻射場與物質(zhì)原子相互作用主要有三個過程，分別是（自發(fā)輻射）、（受激吸收）、（受激輻射）。2、光腔的損耗主要有（幾何偏折損耗）、（衍射損耗）、（腔鏡反射不完全引起的損耗）和材料中的非激活吸收、散射、插入物損耗。3、激光中諧振腔的作用是（模式選擇）和（提供軸向光波模的反饋）。4、激光腔的衍射作用是形成自再現(xiàn)模的重要原因，衍射損耗與菲涅耳數(shù)有關(guān)，菲涅耳數(shù)的近似表達式為（ ），其值越大，則衍射損耗（愈?。?。5、光束衍射倍率因子文字表達式為（ ）。6、譜線加寬中的

2、非均勻加寬包括（多普勒加寬），（晶格缺陷加寬）兩種加寬。7、CO2激光器中，含有氮氣和氦氣，氮氣的作用是（提高激光上能級的激勵效率），氦氣的作用是（有助于激光下能級的抽空）。8、有源腔中，由于增益介質(zhì)的色散，使縱橫頻率比無源腔頻率縱模頻率更靠近中心頻率，這種現(xiàn)象叫做（頻率牽引）。9、激光的線寬極限是由于（自發(fā)輻射）的存在而產(chǎn)生的，因而無法消除。10、鎖模技術(shù)是為了得到更窄的脈沖，脈沖寬度可達（）S，通常有（主動鎖模）、（被動鎖模）兩種鎖模方式。二、簡答題（四題共20分，每題5分）1、什么是自再現(xiàn)？什么是自再現(xiàn)模？開腔鏡面上的經(jīng)一次往返能再現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)場分布稱為開腔的自在現(xiàn)摸2、高斯光束的聚焦和準直

3、，是實際應(yīng)用中經(jīng)常使用的技術(shù)手段，在聚焦透鏡焦距F一定的條件下，畫出像方束腰半徑隨物距變化圖，并根據(jù)圖示簡單說明。3、燒孔是激光原理中的一個重要概念，請說明什么是空間燒孔？什么是反轉(zhuǎn)粒子束燒孔？4、固體激光器種類繁多，請簡單介紹2種常見的激光器（激勵方式、工作物質(zhì)、能級特點、可輸出光波波長、實際輸出光波長）。三、推導(dǎo)、證明題（四題共40分，每題10分）1、短波長（真空紫外、軟X射線）譜線的主要加寬是自然加寬。試證明峰值吸收截面為。證明：根據(jù)P144頁吸收截面公式可知，在兩個能級的統(tǒng)計權(quán)重f1=f2的條件下，在自然加寬的情況下，中心頻率0處吸收截面可表示為： 1上式（P133頁公式）又因為，把A

4、21和N的表達式代入1式，得到：。2、請推導(dǎo)出連續(xù)三能級激光器的閥值泵浦功率表達式。四、計算題（四題共40分，每題10分）1、為了使氦氖激光器的相干長度達到1KM，它的單色性應(yīng)為多少？解：設(shè)相干時間為，則相干長度為光速與相干時間的乘積，即 根據(jù)相干時間和譜線寬度的關(guān)系 又因為 ，由以上各關(guān)系及數(shù)據(jù)可以得到如下形式：單色性=2 試求出方形鏡共焦腔面上模的節(jié)線位置，這些節(jié)線是等距分布嗎？解：方形鏡共焦腔自再現(xiàn)模滿足的積分方程式為經(jīng)過博伊德戈登變換，在通過厄密-高斯近似，可以用厄密-高斯函數(shù)表示鏡面上場的函數(shù)使就可以求出節(jié)線的位置。由上式得到：，這些節(jié)線是等距的。3 若已知某高斯光束的束腰半徑為0.

5、3毫米，波長為632.8納米。求束腰處的q參數(shù)值，與束腰距離30厘米處的q參數(shù)值，與束腰相距無限遠處的q值。解：束腰處的q參數(shù)值實際上就是書中的公交參量（激光原理p73-）：根據(jù)公式（激光原理p75-），可以得到30厘米和無窮遠處的q參數(shù)值分別為無窮遠處的參數(shù)值為無窮大。，均勻加寬線寬為，光腔單程損耗因子，求：（1）中心頻率處閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)。（2）當光泵激勵產(chǎn)生反轉(zhuǎn)粒子數(shù)時，有多少個縱?？梢哉袷帲浚t寶石折射率為1.76）解： 解法一： 1）、閥值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)為 2)、按照題意，若震蕩帶寬為，則應(yīng)該有 由上式可以得到 相鄰縱模頻率間隔為 所以 所以有164-165個縱?？梢云鹫窠夥ǘ海?）根據(jù)公式（P166-）可知：，其中是紅寶石的長度，使激光上下能級的發(fā)射截面。根據(jù)題意紅寶石激光器是均勻加寬，因此可以利用均勻加寬的發(fā)射截面公式（P144-）得到：，根據(jù)，代入發(fā)射截面公式，得到：，把此式代入閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)公式得到：（2）根據(jù)公式（P150-）得到： 根據(jù)公式（P15