2010-2011激光原理考題

裝訂線北京化工大學(xué)2010——2011學(xué)年第二學(xué)期裝訂線課程名稱：《激光原理》期末考試試卷班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：分?jǐn)?shù)：題號(hào)一二三四五總分得分填空（25分）1．蘭姆凹陷發(fā)生在（綜合加寬，非均勻加寬，純多普勒加寬）介質(zhì)激光器中。HeNe激光器是一種（固體、半導(dǎo)體、氣體）激光器，其光波長可以是（0.6328A，6943A，3.39μm）。通常情況下，我們見到的HeNe激光器發(fā)光的顏色是（紅色，藍(lán)色，黃色）。一般情況下，由（兩平面鏡，一平一凹鏡，兩凹面鏡）組成He-Ne激光諧振腔，兩反射鏡的透射率是腔的（主要，次要）損耗，只有當(dāng)（腔長，放電區(qū)，毛細(xì)管）足夠長時(shí)，增益才大于損耗，形成激光。He-Ne激光介質(zhì)是（綜合加寬，非均勻加寬，純多普勒加寬）介質(zhì)，多普勒寬度（約1500MHZ，300MHZ，20MHZ），碰撞加寬和充氣壓（成反比，成正比，無關(guān)）。在激光器內(nèi)，一個(gè)恰為增益線中心頻率的諧振頻率在增益線上燒（一個(gè)孔，兩個(gè)孔，對(duì)稱于的兩個(gè)孔）。激光損耗越大，孔（越深，越淺，越寬）。2．在介質(zhì)發(fā)光時(shí)自發(fā)發(fā)射，受激發(fā)射，受激吸收總是（同時(shí)，不同時(shí)，一種或兩種）存在，自發(fā)發(fā)射幾率與介質(zhì)內(nèi)光強(qiáng)度（有關(guān)，無關(guān)，成正比）。產(chǎn)生激光的條件是（增益大于損耗，有泵浦，有受激發(fā)射），滿足諧振條件的頻率（有形成振蕩的可能，不能振蕩，形成振蕩）。光放大的條件是（下能級(jí)粒子數(shù)多于上能級(jí)，損耗小于增益，上能級(jí)粒子數(shù)多于下能級(jí)）。3.任意一個(gè)共焦球面腔與（一個(gè)，多個(gè)，無窮多個(gè)）穩(wěn)定球面腔等價(jià)；任意一個(gè)滿足穩(wěn)定性條件的球面腔可以與（唯一一個(gè)，多個(gè)，無窮多個(gè)）共焦腔等價(jià)。4.在均勻加寬中，每一發(fā)光原子對(duì)光譜線內(nèi)（所有頻率，多個(gè)頻率，一個(gè)頻率）有貢獻(xiàn)；在非均勻加寬中，原子體系中每個(gè)原子發(fā)光只對(duì)譜線內(nèi)（特定頻率，一個(gè)頻率，多個(gè)頻率）有貢獻(xiàn)。如果對(duì)于某種氣體激光介質(zhì)，主要的加寬類型是由碰撞引起的加寬和由多普勒效應(yīng)引起的加寬，因此在求線型函數(shù)時(shí)，要考慮（均勻加寬，非均勻加寬，綜合加寬）。5.均勻加寬激光器中的模競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)是由于（增益飽和效應(yīng)，弛豫振蕩效應(yīng)，空間燒孔效應(yīng)）而產(chǎn)生的，競(jìng)爭(zhēng)的最終結(jié)果是（增益曲線內(nèi)的所有縱模，靠近中心頻率的縱模，遠(yuǎn)離中心頻率的縱模）取勝，所以均勻加寬激光器的輸出應(yīng)是（單縱模，多縱模）。基本概念（20分）（1）遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角 （2）小信號(hào)增益系數(shù)（3）頻率牽引效應(yīng)（4）多普勒加寬（5）無輻射躍遷（6）光子簡并度（7）激光縱模（8）單程損耗因子（9）開腔的自再現(xiàn)模（10）高斯光束的聚焦三、簡答（每題7分，共35分）光學(xué)諧振腔主要有那幾種損耗？并寫出激光器的閾值條件？在光與物質(zhì)的相互作用中，愛因斯坦三個(gè)系數(shù)是如何定義的？它們之間有什么樣的關(guān)系？共軸球面腔的穩(wěn)定性條件是什么？如果制作腔長為L的激光器，要用兩塊曲率半徑相等的反射鏡（R1=R2=R）構(gòu)成一穩(wěn)定的諧振腔，問R的取值范圍是什么？什么是蘭姆凹陷？闡述產(chǎn)生蘭姆凹陷的原因。闡述均勻展寬介質(zhì)激光器中的模競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。四、計(jì)算（20分）1．問一個(gè)腔長60cm的He-Ne激光器，6328激光可能出現(xiàn)幾個(gè)縱模？如果縮短腔長到10cm呢？2.寫出四能級(jí)系統(tǒng)速率方程，并在穩(wěn)態(tài)小信號(hào)的條件下求解激光上能級(jí)的反轉(zhuǎn)布局?jǐn)?shù)分布。3.脈沖激光介質(zhì)中發(fā)光粒子的濃度為n=5′1012cm-3，介質(zhì)棒長度為L=20cm，橫截面積為A=2mm2，輸出光頻率為n=4′108MHz，假設(shè)可將所有發(fā)光粒子全部激發(fā)到激光上能級(jí)，求在一次脈沖過程中輸出的能量。若脈寬t