《激光原理與技術》題集

《激光原理與技術》題集一、選擇題（每題2分，共20分）激光的英文名稱是：

A.LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

B.LinearAcceleratorBeam

C.LargeAreaBeamEmitter

D.LowAmplitudeBeam下列哪項不是激光器的基本組成部分？

A.激光工作物質

B.激勵源

C.光學諧振腔

D.光學濾鏡激光產生的三個基本條件不包括：

A.實現粒子數反轉

B.存在光學諧振腔

C.滿足閾值條件

D.有強大的磁場在激光技術中，調Q技術主要用于：

A.提高激光功率

B.壓縮激光脈寬

C.擴大激光光斑

D.改變激光顏色下列哪種激光器不屬于氣體激光器？

A.He-Ne激光器

B.CO2激光器

C.Nd:YAG激光器

D.Ar離子激光器激光器的閾值條件是指：

A.激光工作物質開始發(fā)光的最低能量

B.激光工作物質達到最大發(fā)光強度的能量

C.激光工作物質開始產生激光的最低泵浦功率

D.激光工作物質溫度達到熔點的能量激光測距主要利用了激光的哪一特性？

A.單色性好

B.方向性強

C.亮度高

D.相干性好在激光加工中，激光切割主要利用激光的：

A.熱效應

B.光電效應

C.磁效應

D.化學效應激光通信相比于微波通信的優(yōu)勢是：

A.傳輸距離更遠

B.傳輸速度更快

C.抗干擾能力更強

D.所有以上選項全息照相技術主要利用了激光的：

A.高能量特性

B.相干性好的特性

C.方向性好的特性

D.單色性好的特性二、填空題（每題2分，共20分）激光器的核心部件是______，它決定了激光器的輸出波長。在激光產生過程中，實現粒子數反轉是通過______手段來實現的。激光器的輸出光束質量通常由______來描述。激光脈沖的持續(xù)時間越短，其峰值功率就______。固體激光器的工作物質通常是摻雜有激活離子的______晶體。光纖激光器的主要優(yōu)點是______和______。在激光雷達系統(tǒng)中，激光的主要作用是______和______。激光焊接相比傳統(tǒng)焊接方式，其優(yōu)點是焊接速度快、熱影響區(qū)小和______。激光冷卻技術中，常用的冷卻介質是______。量子阱激光器是一種具有______結構的半導體激光器。三、名詞解釋題（每題4分，共12分）解釋“粒子數反轉”的含義。簡述“光學諧振腔”的作用。什么是“調Q技術”？四、解答題（每題6分，共18分）闡述激光器的基本工作原理。說明激光在醫(yī)療領域的應用及其優(yōu)勢。分析激光通信系統(tǒng)的基本組成及其工作過程。五、計算題（每題8分，共24分）假設一個Nd:YAG激光器的輸出功率為100W，波長為1064nm，求其每秒發(fā)射的光子數。一束激光在真空中傳播，其波長為632.8nm，求該激光的頻率。若用功率為2kW的CO2激光器對鋼材進行切割，切割效率為80%，求1分鐘內激光切割所做的功。六、案例分析題（每題6分，共18分）分析一種常見的激光加工技術（如激光切割、激光焊接或激光打孔），說明其工作原理及應用領域。討論激光在軍事領域的應用，并分析其優(yōu)勢和局限性。描述一種激光醫(yī)療技術，并解釋其治療原理及臨床效果?！都す庠砼c技術》題集答案一、選擇題答案ADDBCCBADB二、填空題答案激光工作物質泵浦（或激發(fā)）光束質量因子（M2）越高透明結構緊湊、光束質量好探測目標、測距焊縫質量高液氮（或其他低溫液體）量子阱三、名詞解釋題答案“粒子數反轉”是指激光工作物質中高能級的粒子數多于低能級的粒子數，這是激光產生的必要條件之一。通過外部泵浦源的作用，使得處于高能級的粒子數增多，從而實現粒子數反轉?！肮鈱W諧振腔”是激光器中的重要組成部分，其作用主要有兩個：一是提供光學正反饋，使得激光工作物質中產生的光在腔內多次往返，不斷增強；二是選擇特定頻率和方向的光進行放大，從而保證激光器輸出的光束具有高度的單色性和方向性。“調Q技術”是一種通過改變激光器的Q值（品質因數）來控制激光輸出的技術。在激光器工作時，先通過某種方法降低諧振腔的Q值，抑制激光振蕩的產生，使得激光工作物質上能級反轉粒子數大量積累；然后突然增大諧振腔的Q值，使得激光振蕩迅速建立起來，從而輸出高峰值功率的激光脈沖。四、解答題答案激光器的基本工作原理是利用外部泵浦源將激光工作物質中的粒子泵浦到高能級，實現粒子數反轉；然后通過光學諧振腔提供光學正反饋和選擇作用，使得特定頻率和方向的光得到放大并輸出。具體來說，當激光工作物質中的高能級粒子數多于低能級粒子數時，受激輻射過程將占據主導地位，從而產生激光。光學諧振腔的作用是對激光進行多次反射和放大，最終輸出一束具有高度單色性、方向性和相干性的激光。激光在醫(yī)療領域的應用非常廣泛，包括激光治療、激光手術、激光美容等。其優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面：一是激光具有良好的方向性和聚焦性，能夠精確地對目標區(qū)域進行治療；二是激光的能量密度高，能夠快速有效地作用于病變組織；三是激光治療過程中出血少、疼痛輕、恢復快，對患者造成的創(chuàng)傷小；四是激光治療具有非接觸性特點，避免了傳統(tǒng)手術中可能出現的感染風險。激光通信系統(tǒng)的基本組成包括激光器、調制器、光學天線（或透鏡）、接收器和解調器等部件。其工作過程大致如下：首先由激光器產生激光信號作為信息傳輸的載體；然后通過調制器將需要傳輸的信息調制到激光信號上；接著通過光學天線將調制后的激光信號發(fā)射出去；在接收端由接收器接收并檢測激光信號；最后通過解調器將信息從激光信號中解調出來完成信息的傳輸過程。五、計算題答案已知Nd:YAG激光器的輸出功率為100W（即0.1kW），波長為1064nm（即1.064×10^-6m），根據光子能量公式E=hc/λ（其中h為普朗克常數，c為光速），可以計算出單個光子的能量。然后通過激光器的輸出功率除以單個光子的能量，再除以阿伏伽德羅常數（用于單位轉換），即可得到每秒發(fā)射的光子數。具體計算過程略去，最終得到的每秒發(fā)射的光子數與具體的計算步驟和數值有關。已知激光的波長為632.8nm（即6.328×10-7m），根據頻率與波長的關系式f=c/λ（其中c為光速），可以計算出該激光的頻率。具體計算過程為：f=c/λ=3×108m/s/6.328×10-7m≈4.74×1014Hz。已知CO2激光器的功率為2kW，切割效率為80%，根據功的計算公式W=Pt（其中P為功率，t為時間），可以計算出1分鐘內激光切割所做的功。具體計算過程為：W=Pt=2000W×60s×0.8=96000J。六、案例分析題答案（因篇幅限制，僅給出簡要分析）以激光切割為例，其工作原理是利用高能量的激光束照射在工件表面，使材料迅速熔化、汽化或達到點燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。激光切割具有精度高、速度快、熱影響區(qū)小等優(yōu)點，廣泛應用于金屬加工、汽車制造等領域。激光在軍事領域的應用主要包括激光雷達、激光制導、激光武器等。激光雷達具有分辨率高、抗干擾能力強等優(yōu)點；激光制導可以提高武器的命中精度；而激光武器則具有速度快、命中精度高、毀傷力大等特點。然而，激光在軍事應用中也存在一定的局限性，如