激光原理及应用

广东工业大学考试试卷（A ）课程名称：激光原理及应用考试时间：第18 周星期五题号1:2；(3)丿四总分得分评分人一单项选择（30分）1. 自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命t的关系为（B ）（A） =t （B）A?1 =-（C）A“= Nn （D）=-re2. 爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为（C ）（A） 1 = 3=（0色=啤（D）l=叱21 SicB2l cB2l c3. 自然增宽谱线为（C ）（A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型4. 对称共焦腔在稳定图上的坐标为（B ）（A） （-1, -1）（B）（0, 0）（C） （1, 1）（D） （0, 1）5. 阈值条件是形成激光的（C ）（A）充分条件（B）必要条件（C）充分必要条件（D）不确定6谐振腔的纵模间隔为（B ）= q2/JL(B)7.对称共焦腔基模的远场发散角为（C ）(A) 26 (B) 204兀AL(C)8谐振腔的品质因数Q衡量腔的（C ）（A）质量优劣（B）稳定性（C）储存信号的能力（D）抗干扰性9锁模激光器通常可获得（A）量级短脉冲(A) ps (B) is (C) ns(D)fs10. YAG激光器是典型的（C）系统（A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级二. 填空（20分）1 任何一个共焦腔与等价,而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。（4分）2 光子简并度指光子处于、o （4 分）3. 激光器的基本结构包括三部分，即、和 o （3分）4. 影响腔内电磁场能量分布的因素有、o （3 分）5. 有一个谐振腔，腔长L=lm,在1500MH z的范围内所包含的纵模个数为_ 个。（2分）6. U前世界上激光器有数百种之多,如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是、和二（4分）三、计算题（42分）1. （8分）求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。已知几=6328A, 1（W= 109Hz, =1,设总损耗率为总，相当于每一反射镜的等效反射率r=i l总=98.33%, T =107s,腔长 L=0.1mo2. （12分）稳定双凹球面腔腔长L=lm,两个反射镜的曲率半径大小分别为 R尸1. 5m, R： = 3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。3. （12分）从镜面上的光斑大小来分析，当它超过镜子的线度时，这样的横模 就不可能存在。试估算在L=30cm, 2a=02cm的He-Ne激光方形镜共焦腔中所 可能出现的最高阶横模的阶次是多大？4. （10分）某高斯光束的腰斑半径叫光波长/1 = 10.6/叭 求与腰斑 相距z二30cm处的光斑及等相位面曲率半径。四、论述题（8分）1.（8分）试画图并文字叙述模式竞争过程。激光原理及应用（A）卷答案及评分标准：一.（30 分）BCCBCBCCAC二（20 分）1. 无穷多个稳定球面腔（2分）唯一（2分）2. 处于一个光子态的平均光子数（1分）处于同一模式的光子数（1分）相丁体积内偏振样的光/数（1分）处于同一相格中的偏振一样的光子数（1分）3. 工作物质、激励能源、光学谐振腔（3分）4. 激活介质的光放大作用（1分）腔镜反射不完全介质吸收（1分）衍射损耗分）5- 10（2 分）6.固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器 三（42分）（4分）1 （8 分）解；2 （12 分）8v2/2w/ri%=rr/C /（V）q =1 R_L7（v）Q 7 0.01678x10 x=X109（0.6328x1（）7）2= 1.048x10,5/h3（3分）（2分）（2分）（1分）解：假设所要求的等价共焦腔的共焦参数为/；以等价共焦腔中点为z坐标的原 点，Mj, M2两镜的Z坐标为N和Z有L（R、_L）乙1 =1 （L-RJ + （L-RJ - L（R - L）2_厶（&一厶）（/?2尺+忌一厶）（厶-&）+（厶-/?2）r（1分）（2分）代入数值L = lm, Ri =1. 5m, R； = 3m 得:（3分）（1分）（4分）3. （12 分）解：高阶模沿x,y方向的光斑半径分别为% = J2w + h%.% =血 + %（2分）基模光斑半径:30x0.632()7 =2.46x10%3.14（3分）横模存在时，要求满足% = 丁2加 + % a（2分）nt -12 = 7.7即， 同理有：nl41 r f V14 f =5/ = 2 r等价共焦腔腔长故可能岀现的最高阶横模的阶次是7o（3分）位置如上图所示。4 （10分）解：光斑半径:w(z) = %（3分）= 1.14x10.6xl03x30Qy3.14x1.142,=1 A5mm（2分）等相位面曲率半径:R(z) = zl +（3分）3.14x1,14-10.6x107x300 丿=79Acm=301 +（2分）四、论述题（8分）1. （8 分）答：图中”几 心 q, q+1, q+2 5个纵模满足阈值条件，随着外界激发 的增强，则纵模的光强增长，但是，光强增加时，引起增益饱和作用，增益-频率下降，曲线变扁，使曲线1变为曲线2,心 g+2满足阈值。（1分）光强继续增加时，曲线2变为曲线3,使午乙q+2的增益小于阈值，不 再振荡，而”几？+/满足阈值。（1分）光强继续增加时，曲线3变为曲线4,使”几？+/的增益小于阈值，不再 振荡，则只剩下模满足阈值条件获得输出。这种通过增益饱和效应，靠近谱线中心频率的纵模逐渐把其他纵模抑制掉的过程就是模式 竞争。（3分）