激光原理試題

1、8 h 313 h- c eKTA21B21導(dǎo)出愛因斯坦基本關(guān)系式：三、計(jì)算題1 由兩個(gè)凹面鏡組成的球面腔，如圖。波長600nm。（1）求出等價(jià)共焦腔的焦距 f ；束腰大小W0及束腰位置；（2） 求出距左側(cè)凹面鏡向右米處的束腰大小w及波面曲率半徑 R;解：（0）激光腔穩(wěn)定條件凹面鏡的曲率半徑分別為2m 3m腔長為1m。發(fā)光物理專業(yè)2006級本科激光原理及應(yīng)用期末試題（A卷答案）一、簡答題1. 激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分，簡述這三個(gè)部分 答：激光工作物質(zhì)、激勵(lì)能源（泵浦）和光學(xué)諧振腔；2. 物質(zhì)的粒子躍遷分輻射躍遷和非輻射躍遷，簡述這兩種躍遷的區(qū)別。答：粒子能級之間的躍遷為輻射躍遷，輻射躍遷必

2、須滿足躍遷定則；非輻射躍遷表示在 不同的能級之間躍遷時(shí)并不伴隨光子的發(fā)射或吸收，而是把多余的能量傳給了別的原子或吸收別的原子傳給他的能量。3. 激光譜線加寬分為均勻加寬和非均勻加寬，簡述這兩種加寬的產(chǎn)生機(jī)理、譜線的基本線型。答：如果引起加寬的物理因數(shù)對每一個(gè)原子都是等同的，則這種加寬稱為均勻加寬。自 然加寬、碰撞加寬及晶格振動(dòng)加寬均屬均勻加寬類型。非均勻加寬是原子體系中每一個(gè)原子只對譜線內(nèi)與它的表觀中心頻率相應(yīng)的部分有貢 獻(xiàn)。多普勒加寬和固體晶格缺陷屬于非均勻加寬。4. 簡述均勻加寬的模式競爭答：在均勻加寬的激光器中，開始時(shí)幾個(gè)滿足閾值條件的縱模在振蕩過程中相互競爭， 結(jié)果總是靠近中心頻率的一

3、個(gè)縱模獲勝，形成穩(wěn)定的振蕩，其他的縱模都被抑制而熄滅。這種情況叫模式競爭。5. 工業(yè)上的激光器主要有哪些應(yīng)用為什么要用激光器答：焊接、切割、打孔、表面處理等等。工業(yè)上應(yīng)用激光器主要將激光做熱源，利用激 光的方向性好，能量集中的特點(diǎn)。6. 說出三種氣體激光器的名稱，并指出每一種激光器發(fā)出典型光的波長和顏色。答：He-Ne激光器，（紅光），Ar+激光器，（綠光），CO激光器，卩m （紅外）7. 全息照相是利用激光的什么特性的照相方法全息照相與普通照相相比有什么特點(diǎn) 答：全息照相是利用激光的相干特性的。全息照片是三維成像，記錄的是物體的相位。二、證明題：（每題6分，共18分）1.證明：由黑體輻射普朗

4、克公式(1訓(xùn)R(1 i)(i 3)2313此腔為穩(wěn)定腔。(1)2 L R| LR2 LR1 R2 L12 13 12 3 121.1251 21 3得，f =心1m0.667 mL R2 L13 1L R L R,1 21 3即束腰位置距R1左側(cè)處1 600 1093.14159260.4370 10 3m距左側(cè)凹面鏡向右3.333米處，經(jīng)計(jì)算為距束腰4米處2Z 0.43701021.810 3m上 zfd 4117f1mfz144R z4.25m1 4這條譜線的自發(fā)輻射幾率 A為 700KHZ/帕;激光溫度T =3氦氖激光器中NeT能級2S-2P4的譜線為X 106s-1秒,放電管氣壓 P

5、260帕；碰撞系數(shù)400K; M =112;試求：(1) 均勻線寬 v H(2) 多普勒線寬 v D分析在氣體激光器中，哪種線寬占優(yōu)勢解：自然加寬:N1A2 2s6.54 1061.0408 106Hz2碰撞加寬：Lp 700 1032601.820108 Hz均勻加寬：HNL1.04081061.820 1081.830108 Hz(2)多普勒線寬:1T L R1L R21400 27.16 10 7 07.16 1073 1083.52281108HzDM1.1523106112(3) 根據(jù)上述結(jié)論，該激光器多普勒線寬占優(yōu)勢4 紅寶石激光器中，Cr3+粒子數(shù)密度差 n = 6 x 1016

6、/cm3,波長入=,自發(fā)輻射 壽命t s = 3x 10-3s,折射率n 。僅考慮自然加寬效果,上下能級簡并度為1 試求(1)該激光器自發(fā)輻射系數(shù) Ai；(2) 線型峰值% 0 ;(3) 中心頻率處小信號增益系數(shù)g0 ;(4) 中心頻率處飽和增益系數(shù)g解：(1)A213 10 3 Sg% 01210(3)中心頻率處小信號增益系數(shù)u2A216 1016 1068 2 33 108103694.3 10 9 28 2833 101.76121092.6155 10(4) 中心頻率處飽和增益系數(shù)g是小信號增益系數(shù)的一半為：X 1095. 一束Ar+高斯激光束，束腰半徑為0.41mm,束腰位置恰好在凸透鏡前表面上，激光輸出功率為400w (指有效截面內(nèi)的功率)，透鏡焦距為10mm計(jì)算Ar+激光束經(jīng)透鏡聚焦后，焦 點(diǎn)處光斑有效截面內(nèi)的平均功率密度。(Ar+激光波長解：透鏡前的q1參數(shù)為2301q1if i -3.14159260.41 10 3 2i514.510 91.0264i i應(yīng)用ABCD定理求出q2.q2AqBCq21310 100.0001i0.0