激光原理及應(yīng)用(第二版)課后習(xí)題答案(全)

1、思考練習(xí)題11 試計(jì)算連續(xù)功率均為1W的兩光源，分別發(fā)射0.5000mm，=3000MHz的光，每秒從上能級(jí)躍遷到下能級(jí)的粒子數(shù)各為多少？答：粒子數(shù)分別為： 11靜止氖原子的3S22P4譜線的中心波長(zhǎng)為0.6328mm，設(shè)氖原子分別以0.1c,0.5c的速度向著接收器運(yùn)動(dòng)，問接收到的頻率各為多少？答：同理可求：； ；12設(shè)氖原子靜止時(shí)發(fā)出0.6328mm紅光的中心頻率為4.741014Hz，室溫下氖原子的平均速率設(shè)為560m/s。求此時(shí)接收器接收頻率與中心頻率相差若干？答：思考練習(xí)題21. (a)要制作一個(gè)腔長(zhǎng)L60cm的對(duì)稱穩(wěn)定腔，反射鏡的曲率半徑取值范圍如何？(b)穩(wěn)定腔的一塊反射鏡的曲率

2、半徑R14L，求另一面鏡的曲率半徑取值范圍。答：（a）； （b）4. 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(zhǎng)L的取值范圍。答：10. 實(shí)驗(yàn)測(cè)得He-Ne激光器以波長(zhǎng)0.6328m工作時(shí)的小訊號(hào)增益系數(shù)為G03104/d(cm-1)，d為腔內(nèi)毛細(xì)管內(nèi)徑(cm)。以非均勻增寬計(jì)算腔內(nèi)光強(qiáng)I50Wcm2的增益系數(shù)G(設(shè)飽和光強(qiáng)Is30Wcm2時(shí)，d1mm)，并問這時(shí)為保持振蕩穩(wěn)定，兩反射鏡的反射率(設(shè)r1r2，腔長(zhǎng)0.1m)最小為多少(除透射損耗外，腔內(nèi)其它損耗的損耗率9104cm-1)?又設(shè)光斑面積A0.11mm2，透射系數(shù)0.008，鏡面一端輸出，求這時(shí)輸出

3、功率為多少毫瓦。答：（1）（2）（3）13思考練習(xí)題31腔長(zhǎng)為0.5m的氬離子激光器，發(fā)射中心頻率5.85l014Hz，熒光線寬6l08 Hz，問它可能存在幾個(gè)縱模?相應(yīng)的q值為多少？ (設(shè)=1)答：，則可能存在的縱模數(shù)有2+1=3個(gè)，它們對(duì)應(yīng)的q值分別為：，q1=1950001，q119499994連續(xù)工作的CO2激光器輸出功率為50W，聚焦后的基模有效截面直徑50mm，計(jì)算(1)每平方厘米平均功率(50W為有效截面內(nèi)的功率) (2)試與氬弧焊設(shè)備(104Wcm2)及氧乙炔焰(103Wcm2)比較，分別為它們的多少倍？答：（1）每平方厘米的平均功率為： （2）；是氬弧焊的倍。；是氧乙炔焰的倍

4、。5(a)計(jì)算腔長(zhǎng)為1m的共焦腔基橫模的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，設(shè)632.8nm，10km處的光斑面積多大。(b)有一普通探照燈，設(shè)發(fā)散角為2，則1km遠(yuǎn)處的光斑面積多大？答：（1）基橫模的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角（2）10km處的光斑尺寸10km處的光斑面積（3）1km處的光斑尺寸1km處的光斑面積6激光的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角(半角)還受到衍射效應(yīng)的限制。它不能小于激光通過輸出孔時(shí)的衍射極限角(半角)1.22/d。在實(shí)際應(yīng)用中遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角常用愛里斑衍射極限角來近似。 試計(jì)算腔長(zhǎng)為30cm的氦氖激光器，所發(fā)波長(zhǎng)6328的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角和以放電管直徑d2mm為輸出孔的衍射極限角。答：（1）遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角 （2）衍射極限角7一共焦腔(對(duì)稱)L

5、0.40m，0.6328mm，束腰半徑，求離腰56cm處的光束有效截面半徑。答：思考練習(xí)題42He-Ne激光器輻射632.8nm光波，其方形鏡對(duì)稱共焦腔，腔長(zhǎng)L0.2m。腔內(nèi)同時(shí)存在，橫模。若在腔內(nèi)接近鏡面處加小孔光闌選取橫模，試問： (1)如只使模振蕩，光闌孔徑應(yīng)多大？ (2)如同時(shí)使，模振蕩而抑制振蕩，光闌孔徑應(yīng)多大？答：(1)TEM00模在鏡面處的光斑半徑為所以光闌孔徑應(yīng)該為0.2mm(2)TEM11模在鏡面處的光斑半徑為所以光闌孔徑為0.35mm3一高斯光束束腰半徑0.2mm，0.6328m，今用一焦距f為3cm的短焦距透鏡聚焦，已知腰粗離透鏡的距離為60cm，在幾何光學(xué)近似下求聚焦后光束腰粗。答：5用如圖（433）所示的倒置望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)改善由對(duì)稱共焦腔輸出的光束方