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激 光原 理及 应用 激 光原 理及 应用 激 光原 理及 应用 激 光原 理及 应用考试时间 :第 18 周星期 五 (2007年 1月 5日 ) 一单项选择（ 30分）1自发辐射爱因斯坦系数与激发态 E 2平均寿命 的关系为（ B） 2爱因斯坦系数 A21和 B21之间的关系为（ C） 3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） 7对称共焦腔基模的远场发散角为（ 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 10 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 、 、 、 。 （ 4分 ）3激光器的基本结构包括三部分，即 、 和 。 （ 3分）4影响腔内电磁场能量分布的因素有 、 、 。 （ 3分） 5有一个谐振腔，腔长 L=1m，在 1500MH的范围内所包含的纵模个数为个 。 （ 2分） 6 目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 。 （ 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 6328， 1/f() 109Hz， 1， 设总损耗率为 ， 相当于每一反射镜的等效反射率 R l L 98.33， 10 7s，腔长 L 0.1m。2 （ 12分 ） 稳定双凹球面腔腔长 L 1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为 R 1 1.5m,R2 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=0.2cm 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 4 （ 10分）某高斯光束的腰斑半径 光波长 。求与腰斑相距 z=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（ 激 光 原理 及 应 用（ 激 光 原理 及 应 用（ 激 光 原理 及 应 用（ A） 卷 ） 卷 ） 卷 ） 卷 答 案 及评 分 标 准： 答 案 及评 分 标 准： 答 案 及评 分 标 准： 答 案 及评 分 标 准：一 、 （ 30分）BCBCBCAC 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 )相干体积内偏振一样的光子数 (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 (1分 ) (1分 )(1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 （ 4分） 三（ 42分）1（ 8分） 解 ； 分） 分） 分） 分） 总阈 (1 /10048.1 (2 10)106328.0( 1.0 0167.0108 (2 )( 18 (3 )(8 315 9267 22 2 22 m f LR fc an = = = 2（ 12分）解 ：假设 所要求 的等价 共焦腔 的共焦 参数为 f， 以等价 共焦腔 中点为 z坐标的原点， M 1， M2两镜的 z坐标为 z1和 z2，有 ( )( ) ( ) 分）（ 分）（ 1 1 )()( )( 21 12 2121 RLRL LRLz RLRL LRLz + = + = ( )( ) ( ) ( ) 分）(2 )( 221 21212 RLRL LRRLRLRLf + += 衍射损耗 收腔镜反射不完全介质吸 激活介质的光放大作用 代入数值 L 1m,R1 1.5m,R2 3m得： = = 5145 15421fzz （ 3分） 等价共焦腔腔长 51422= fL （ 1分）位置如上图所示。 （ 4分） 3 （ 12分）解 ：高阶模沿 x,y方向的光斑半径分别为 sns sms wnw wmw 0012 12+= += （ 2分）基模光斑半径： cmLws 240 1046.214.3 106328.030 = （ 3分）横模存在时，要求满足 awmw sms += 012 （ 2分） 即： 7.72120 = 30cm （ 5分）2 （ 5分） 3.(每格 2分， 共 10分 ) 光泵 浦气体 四能 级系统 三、计算题（ 40分）1.(12分 )解 : 因为激光器的纵模间隔为 （ 3分） 所以可能存在的纵模数为 即可能输出的纵模数为 10个 。 （ 3分）要想获得单纵模输出，则： （ 3分） （ 3分）2（ 14分） 解： （ 1）方形镜对称共焦腔镜面上 模的振幅分布为： （ 2分 ） 其中： （ 2分）因为节线的位置，就是振幅为 0的位置，所以令 （ 2分）得： x方向无节线； （ 2分） y方向节线位置： 即： （ 3分） （ 2）这些节距是等间距的。 （ 3分）3（ 14分）解 ： （ 1） （ 3分）（ 2）此腔产生的等价对称共焦腔的高斯光束焦参数； （ 3分） （ 2分）（ 3） 以其等价共焦腔的中点为原点 ， 腰位置即 z=0处 ， 设镜 R 1的 z坐标 为z1，镜 R 2的 z坐标为 z2，有： （ 1分） （ 1分） (4分 )四、简答题（ 10分） 1， 不会 。 因为稳定球面腔的光斑半径由腔长及曲率半径 、 波长所决定 （ 2分 ）其束腰半径为 ： （ 2分 ） 两镜面的基模光斑半径分别为： （ 2）所以增加工作物质的横向尺寸并不改变输出光斑半径。 （ 2）
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