個人歸納大學(xué)激光原理復(fù)習(xí)要點

1、1. 通常三能級激光器的泵浦閾值比四能級激光器泵浦閾值高。2. Nd:YAG 激光器可發(fā)射以下三條激光譜線1064nm、1319nm、946nm。其中哪兩條譜線屬于四能級結(jié)構(gòu)1319nm、1064nm。3. 紅寶石激光器屬于三能級激光器。 He-Ne 激光器屬于四能級激光器。4. 激光具有四大特性，即高相干性、高單色性、高亮度和 高的方向性5. 激光器的基本組成部分增益介質(zhì)、泵浦原、諧振腔。6. 激光器穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時，腔內(nèi)增益系數(shù)為閾值增益系數(shù) ,此時腔內(nèi)損耗激光光子的速率和生成激光的光子速率相等.7.調(diào) Q技術(shù)產(chǎn)生激光脈沖主要有調(diào)Q、 鎖模兩種方法。6.激光器穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時，腔內(nèi)增益系數(shù)為增益系數(shù)

2、此時腔,內(nèi)損耗激光光子的速率和生成激光的光子速率.7. 寫出兩種產(chǎn)生高峰值功率激光脈沖的方法、。簡答：三能級方程及圖四能級方程及圖增益飽和模式競爭空間燒孔效應(yīng)自由光譜區(qū)1. 光與物質(zhì)存在那三種相互作用？激光放大主要利用其中那種相互作用？說明在激光產(chǎn)生過程中，最初的激光信號來源是什么？（ 10 分）答：光與物質(zhì)間相互作用為：自發(fā)輻射、受激發(fā)射和受激吸收。（3 分）激光放大主要利用其中的受激發(fā)射（3 分）。激光產(chǎn)生過程中，最初的激光信號是激光介質(zhì)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的熒光。激光介質(zhì)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的沿軸向傳播的熒光反復(fù)通過激光介質(zhì)，當(dāng)增益大于損耗時，這些熒光不斷被放大，最后形成了激光發(fā)射。（4 分）2.

3、說明均勻增寬和非均勻增寬的區(qū)別？說明為什么均勻增寬介質(zhì)內(nèi)存在模式競爭？（ 10 分）答：均勻增寬介質(zhì)內(nèi)每一個原子對譜線內(nèi)任一頻率光波都有相同的貢獻(xiàn)，所有原子對發(fā)射譜線上每一頻率的光波都有相同貢獻(xiàn)，所有原子的作用相同；非均勻增寬介質(zhì)發(fā)射的不同的光譜頻率對應(yīng)于不同的原子，不同的原子對中譜線中的不同頻率有貢獻(xiàn)，不同原子的作用不同的（5 分）。均勻增寬激光介質(zhì)發(fā)射譜線為洛侖茲線型，中心頻率處譜線增益最大，該頻率處附近縱模優(yōu)先起振，由于均勻增寬介質(zhì)內(nèi)每一個原子對譜線內(nèi)任一頻率光波都有相同的貢獻(xiàn)，中心頻率處縱模振蕩發(fā)射激光將引起激光上能級原子數(shù)下降，激光增益曲線形狀不變，但整體下降，當(dāng)中心頻率處縱模增益降

4、低為激光振蕩閾值時，該處縱模穩(wěn)定輸出，其它頻率的縱模增益都小于閾值，無法振蕩。3. 說明激光諧振腔損耗的主要來源？設(shè)均勻增寬激光介質(zhì)長度為 10cm，增益系數(shù)為G0=0.02cm-1，內(nèi)部損耗系數(shù)為 0.002cm 1,求光強為 300W/cm2、光斑面積為 0.01cm2 的激光束通過該激光介質(zhì)后的激光強度和激光功率？（12 分）答：激光諧振腔損耗可以分為：1.內(nèi)部損耗：來源為激光介質(zhì)不均勻所造成的散射以及激光介質(zhì)本身的吸收損耗(2 分)；2.腔鏡損耗：來源為腔鏡投射損耗、腔鏡的衍射損耗以及腔鏡的吸收損耗。4. 畫出聲光調(diào) Q 激光器原理圖，說明聲光調(diào)Q 基本原理？（ 10分）答：首先Q 開

5、關(guān)關(guān)閉,腔內(nèi)聲光晶體衍射產(chǎn)生的損耗高，腔內(nèi)Q值低，激光振蕩閾值高，激光不振蕩，上能級聚集大量反轉(zhuǎn)粒子： Q 開關(guān)迅速開啟 ,腔內(nèi)損耗迅速下降，Q 值急劇升高，閾值迅速下降，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)遠(yuǎn)大于閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，上能級聚集大量反轉(zhuǎn)粒子變?yōu)榉逯倒β屎芨叩募す饷}沖全反鏡激光介質(zhì)輸出鏡聲光器件-聲光Q開關(guān)聲光 Q 開關(guān)關(guān)閉時激光脈沖輸出鏡激光介質(zhì)全反鏡聲光器件聲光 Q 開關(guān)關(guān)閉時1. 畫出三能級系統(tǒng)的能級簡圖并寫出其速率方程組dn3n1 W13n3 A31S32dtdn2fn22n1Nl21,dtf10vn2 21A21 n3S32Sn1n2n3ndNln22n121, Nldtf10v NlRl2. 畫出

6、四能級系統(tǒng)的能級簡圖并寫出其速率方程組dn3n22 n121, 0Nl n2 A21 S21 n3S32dtn0W03n3 S32A31dn2fdtf1dn0n1s10n0W0n3A30dtn2n1n2 n3n02 n n21,0Nl1dNlNldtf1Rl2. 一兩塊球面鏡組成的直腔，腔長為 L ，球面鏡的曲率半徑分別為 R1 和 R2，寫出其往返矩陣的表達(dá)式。答:往返矩陣為 :1L101L10T01210121R2R13什么是對成共焦腔,計算對成共焦腔g 參數(shù) .:答: 對成共焦腔 :R1=R2=L對成共焦腔 g 參數(shù) .:g1 1L0g2 1L0R1R21. 基模高斯光束光斑半徑：激光光

7、強下降為中心光強1 點所對應(yīng)的光斑半徑.2e2. 光束衍射倍率因子3. 一般穩(wěn)定球面腔與共焦腔的等價關(guān)系：一般穩(wěn)定球面腔與共焦腔的等價性：任何一個共焦腔與無窮多個穩(wěn)定球面腔等價；任何一個穩(wěn)定球面腔唯一地等價于一個共焦腔。3. 基模高斯光束遠(yuǎn)場發(fā)散角；與束腰半徑的關(guān)系：.氣體激光器中多普勒加寬燒孔效應(yīng)：由于腔鏡的作用，腔內(nèi)模1 頻率 1 可看成兩束沿相反方向傳輸?shù)男胁? 、 1 的迭加。如果 1 足夠強，則分速度為z （ zc10 ）的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)都會0出現(xiàn)飽和效應(yīng)， n 曲線在對稱于o 兩側(cè)的 1 和 2 01 處出現(xiàn)兩個燒孔。這是同一模式與z 運動粒子相互作用的結(jié)果，因此二個燒孔是關(guān)聯(lián)的，即同

8、時出現(xiàn)。1L10自由空間01薄透鏡 1F1自再現(xiàn)模：往返一次能再現(xiàn)自身的穩(wěn)態(tài)場分布。穩(wěn)定腔 : 損耗低非穩(wěn)腔 : 損耗高1 AD10 g1g2121 AD1g1g21, g1g2021 A D10 g1g21臨界腔 : 損耗介于兩者之間高2g1g2cqq腔內(nèi)振蕩頻率為 :2nL三種相互作用：自發(fā)輻射躍遷、受激輻射躍遷和受激吸收躍遷1.增益介質(zhì)：提供能級2.諧振腔：模式選擇3.泵浦（外界能量源）：提供粒子數(shù)反轉(zhuǎn)性質(zhì)滿足歸一化0g, 0 d12.今有一球面腔，21m，L 80cm。試證明該腔R11.5mR為穩(wěn)定腔；求出它的等價共焦腔的參數(shù)。（9）解： g1 =1- L =0.47g 2=1-L=1

9、.8 ，g1 ? g 2 =0.846R1R 2即： 0< g1?2，所以該腔為穩(wěn)定腔。g <1由公式（ 2.8.4）Z 1 =L R 2LR1L R 2LZ 2 =L R1LR1L R 2L=-1.31m=-0.15mL R1LR 2f2LR1 L R2L R1R 2 L=0.25m2=2f=0.5m1穩(wěn)定諧振腔的兩塊反射鏡，其曲率半徑分別為R140cm， R2100cm，求腔長 L 的取值范圍。（9 分）解:根據(jù)諧振腔穩(wěn)定性判斷條件可得:0(1L )(1L )10 (1L )(1L ) 1R1R2401000L40cm 或 100L140cm1腔長為 0.5m 的氬離子激光器，發(fā)射中心頻率0 5.85 l014Hz，熒光線寬6 l08 Hz，問它可能存在幾個縱模 ?相應(yīng)的 q 值為多少？(設(shè)=1) （9 分）解：縱模間隔為 :qc31083 108 Hz ，2L210.568n10，則可能存在的縱模數(shù)有三個，它們對應(yīng)的q82q 3 10值分別為：qcq2 L5.8510146， q1=1950001， q112 Lc31081.95 109499991試計算連續(xù)功