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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)
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