PLC原理及应用习题
PLC原理及应用习题
第1章习题
1-1 试述单相交流电磁铁短路环的作用。
1-2 低压电器常用的灭弧方法有那些？
1-3 试比较刀开关与负荷(铁壳)开关的差异及各自的用途。
1-4 选择接触器时，主要考虑交流接触器的那些主要额定参数？
1-5 两个110V的交流接触器同时动作时，能否将其两个线圈串联接到220V电路上?为什么？
1-6 中间继电器与交流接触器有什么差异？在什么条件下中间继电器也可以用来启动电动机？
1-7画出断电延时时间继电器电磁线圈和各种延时触点的图形和文字符号。
1-8 热继电器主要由哪几部分电气符号？用途与熔断器是否相同？直流电机的保护电路能否使用热继电器？
1-9 空气式时间继电器的延时时间如何调节？JS7-A型时间继电器触头有哪几类？
1-10试比较交流接触器线圈通电瞬间和稳定导通电流的大小，并分析其原因。
1-11 组合开关与万能转化开关的结构有何异同？各有什么用途？
1-12 叙述熔断器的额定电流和熔体额定电流的不同之处。
1-13 过流继电器能否用于绕线式交流异步电动机的过载和短路保护？鼠笼式交流异步电机的过载和短路保护使用过流继电器吗？为什么？
1-14 两台电动机不同时起动，一台电动机额定电流为14.8A，另一台电动机额定电流为6.47A，试选择同时对两台交流电机进行短路保护的熔断器额定电流及熔体的额定电流。
1-15 在电动机主回路装有DZ20系列断路器，电动机主回路是否可以
不装熔断器？分析断路器与刀开关控制、保护方式的不同特点。
1-16 电动机的起动电流很大，在电动机起动时，能否按电动机的额定电流整定热继电器的动作电流？为什么？
1-17 说明熔断器和热继电器保护功能的不同之处。
1-18 一台长期工作的三相交流异步电动机的额定功率13Kw，额定电压380V，额定电流25.5A，试按电动机额定工作状态选择热继电器型号、规格，并说明热继电器整定电流的数值。
第2章习题
2-1 叙述“自锁”、“互锁”电路的定义。
2-2 什么是保护接地？什么是保护接零？
2-3 在电气控制线路中采用低压断路器作电源引入开关，电源电路是否还要用熔断器作短路保护？控制电路是否还要用熔断器作短路保护？
2-4 分别写出电机正、反转控制电路中两个接触器线圈通电的逻辑表达式。
2-5 在接触器正反转控制电路中，若正、反向控制的接触器同时通电，会发生什么现象？
2-6 利用断电延时型时间继电器设计三相交流异步电动机的Y－Δ起动控制线路。
2-7 用控制流图分析图2.3.4所示自耦补偿起动控制电路的工作原理。
2-8 分别叙述多地控制和多条件控制电路的特点和不同之处，并分别叙述其用途。
2-9 分析图2.7.3 电液控制电路采用中间继电器KA3的原因。
2-10简述图2.8.2的工作原理，叙述起动过程中过载保护器件不会产生误动作的原因。
2-11 用继电接触器设计三台交流电机相隔3秒顺序起动同时停止的控制线路。
2-12 设计一个采用按钮控制双速电机由低速起动3秒后再切换到高速起动和运行的控制电路。电路具有高、低速起动运行控制和过载保护等功能
2-13 画出一台电动机起动后经过一段时间，另一台电动机就能自行起动的控制电路。
2-14画出两台电机能同时启动和同时停止，并能分别启动和分别停止的控制电路原理图。
2-15某生产机械要求由M1、M2两台电动机拖动，M2能在M1启动一段时间后自行起动，但M1、M2可单独控制起动和停止。
2-16设计一个小车运行的控制线路，小车由三相交流异步电动机拖动，其动作要求如下：
1）小车由原位开始前进，到终端后自动停止。
2）在终端停留3秒钟后自动返回原位停止。
3）要求能在前进或后退途中任意位置都能停止或起动。
第3章习题
3-1 电气原理图常用什么分析方法？简述机床电气原理图的分析步骤。
3-2 机床设备控制电路常用哪些的保护措施？
3-3 叙述C650车床反向起动过程和反转停车过程。
3-4 试分析M7120平面磨床电气控制电路有哪些电气联锁？电磁吸盘为什么要采用欠流保护，请分析该保护原理。
3-5 分析XA6132 万能铣床摇臂升降的控制过程，并说明上刀制动原理。
3-6 叙述T68卧式镗床变极调速的方法和电路的控制过程。
3-7 结合图3.6.6组合机床的液压动力滑台自动循环控制线路，分析各个行程开关的控制作用。
3-8 在10t桥式起重机控制电路中，为什么不采用熔断器和热继电器作
短路和过载保护？过流继电器在电路中起什么作用？
3-9 桥式起重机如何以最低速提升重物？分析其操作方法。
3-10 桥式起重机有哪几种下放重物的方法？如何操作？
第4章习题
4-1 简述电气原理图的设计原则。
4-2 简述电气安装位置图的用途，以及与电气接线图的关系。
4-3 简述应用导线二维标注法，电气接线图绘制的基本思想。
4-4 简述电气接线图的绘制步骤。
4-5 简述电气接线图和电气互连图有什么不同之处？
4-6 绘制配电盘的打孔位置图时，应综合考虑哪些因素？
4-7 为了确保电动机正常而安全运行，电动机应具有哪些综合保护措施？
4-8 为什么电器元件的电流线圈要串接于负载电路中，电压线圈要并接于被测电路的两端？
4-9 用铝线从车间向150米处的临时工地送电，已知车间电压为220VAC，线路中通过的电流是20A，铝的电阻率ρ＝0.026*10－6Ω?m。试选择输电线路的截面积，计算输电线路的内阻和损耗各为多少？临时工的电压是多少？
4-10 已知三相交流异步电动机的参数为P N＝22KW，U N=380V，I N=43.9A，n N=1460r/m，设计一台Y－Δ起动控制电路、选择元器件参数、列写元器件清单、绘制电气安装图、电气接线图，写出简要说明。
4-11 控制电路原理如习题2-14所示，已知两台三相交流异步电动机的数据均为P N＝7.5KW，U N=380V，I N=15.4A，n N=1440r/m，请选择电器元件、列写元器件清单，并绘制电气接线图。
4-12分析下图电路运行的结果，指出存在的错误之处，并请更正之。
如何？
5-6 设OA为第一象限直线, 终点坐标为x a=4，y a=4, 试用逐点比较法加工直线OA。
5-7 设AB为第一象限顺圆弧，起点为A（0，5），终点为B（5，0），试用逐点比较法加工圆弧AB。
5-8 数控机床闭环或半闭环伺服系统中常用的位置检测装置有哪些？各有何特点？
5-9 试分析XH714立式加工中心数控系统与伺服系统是如何连接的。
5-10 试分析XH714立式加工中心的换刀控制。
5-11 试比较数控机床电气控制与一般生产机械电气控制的不同之处。第6章习题
1－1 简述可编程控制器的定义。
1－2 可编程控制器的主要特点有哪些？
1－3 可编程控制器有哪几种分类方法？
1－4 小型PLC的发展方向有哪些？
2－1 PLC由哪几部分组成？
2－2 PLC I/O接口电路分别有哪几种形式？
2－3 PLC的主要技术指标有哪些？
3－1 S7系列PLC有哪些子系列？
3－2 S7-22X系列PLC有哪些型号的CPU？
3－3 S7-200 PLC有哪些输出方式？各适应于什么类型的负载？
3－4 S7-22X系列PLC的用户程序下载后存放在什么存储器中，掉电后是否会丢失？
3－5 S7-200 CPU的1个机器扫描周期分为哪几个阶段？各执行什么操作？
3－6 S7-200 CPU有哪些工作模式？在脱机时如何改变工作模式？联机操作时，改变工作模式的最佳方法是什么？
3－7 S7-200有哪两种寻址方式？
3－8 S7-200 PLC有哪些内部元器件？各元件地址分配和操作数范围怎么确定？
3－9 S7-200有哪几类扩展模块？最大可扩展的I/O地址范围是多大？
3－10 梯形图程序能否转换成语句表程序？所有语句表程序是否均能转换成梯形图程序？
4－1 对变化缓慢的输入信号能否采用数字滤波？数字滤波设置的最大延时时间为多少？
4－2 输入脉冲过窄时（小于1个机器扫描周期），采用什么方法可以不丢失脉冲？
4－3 编译快捷按钮的功能是什么？
4－4 SIMATIC指令与IEC指令的设置方法？
4－5 简述网络段程序的拷贝方法。
4－6 用帮助系统查找STEP7-Micro/WIN32编程软件主要支持那些快捷键？
4—7 简述系统块配置中脉冲截取位的功能，以及脉冲截取的原理。第7章习题
5－1 写出下面梯形图程序对应的语句表指令。
5－2 根据下列语句表程序，写出梯形图程序。
LD I0.0 A I0.6
AN I0.1 = Q0.1
LD I0.2 LPP
A I0.3 A I0.7
O I0.4 = Q0.2
A I0.5 A I1.1
OLD = Q0.3
LSP
5－3 使用置位、复位指令，编写两套电动机（两台）的控制程序，两套程序控制要求如下：
（1）启动时，电动机M1先启动，才能启动电动机M2，停止时，电动机M1、M2同时停止。
（2）启动时，电动机M1、M2同时启动，停止时，只有在电动机M2停止时，电动机M1才能停止。
5－4 设计周期为5S，占空比为20％的方波输出信号程序（输出点可以使用Q0.0）。
5－5 编写断电延时5S后，M0.0置位的程序。
5－6 运用算术运算指令完成下列算式的运算。
（1）［（100＋200）×10］/3。
（2）6的78次方。
（3）求SIN65o的函数值。
5－7 用逻辑操作指令编写一段数据处理程序，将累加器AC0与VW100存储单元数据实现逻辑与操作，并将运算结果存入累加器AC0。
5－8 编写一段程序，将VB100开始的50个字的数据传送到VB1000开始的存储区。
5－9 分析寄存器移位指令和左、右移位指令的区别。
5－10 编写一段程序，将VB0开始的256个字节存储单元清零。
5－11 编写出将IB0字节高4位和第4位数据交换，然后，送入定时器T37作为定时器预置值的程序段。
5－12 写出能循环执行5次程序段的循环体梯形图。
5－13使用顺序控制程序结构，编写出实现红、黄、绿三种颜色信号灯循环显示程序（要求循环间隔时间为一秒），并划出该程序设计的功能流程图。
5－14 编写一段输出控制程序，假设有8个指示灯，从左到右以0.5S 速度依次点亮，到达最右端后，再从左到右依次点亮，如此循环显示。
6－1 用数据类型转换指令实现100英寸转换成厘米。
6－2 编程输出字符A的七段显示码。
6－3 编程实现将VD100中存储的ASCⅡ码字符串37，42，44，32转换成16进制数，并存储到VW200中。
6－4 编程实现定时中断，当连接在输入端I0.1的开关接通时，闪烁频率减半；当连接在输入端I0.0的开关接通时，又恢复成原有的闪烁频率。
6－5 编写一个输入输出中断程序，实现从0到255的计数。当输入端I0.0为上跳沿时，程序采用加计数；输入端I0.0为下跳沿时，程序采用减计数。
6－6 用高速计数器HSC1实现20KHz的加计数。当计数值等于100时，将当前值清零。
6－7 编程实现脉冲宽度调制PWM的程序。
要求：周期固定为5s，脉宽初始值为0.5s，脉宽每周期递增0.5 s。当脉宽达到设定的最大值4.5 s时，脉宽改为每周期递减0.5 s，直到脉宽为0为止。以上过程周而复始。
第8章习题
7－1 PLC应用控制系统的硬件和软件的设计原则和内容是什么？
7－2 选择PLC机型的主要依据是什么？
7－3 用功能流程图的的方法分析图7-6的PLC控制程序。
7－4 在选取择输出模块时，应如何考虑其驱动能力？
现有三条运输皮带，每条皮带都由一台电动机拖动。按下启动按钮以后，3号运输皮带开始运行。5S以后，2号运输皮带自动启动，再过5S以后，1号运输皮带自动启动。停机的顺序与启动的顺序正好相反，间隔时间仍为5S。试设计出该系统的PLC接线图以及相应的梯形图程序。
7－5 某自动生产线上，使用有轨小车来运转工序之间的物件，小车的驱动采用电动机拖动，其行驶示意图如图所示。电机正转，小车前进；电机反转，小车后退。
反向运行
正向运行
3#位
小车行驶示意图
控制过程为：
（1）小车从原位A出发驶向1#位，抵达后，立即返回原位；
（2）接着直向2#位驶去，到达后立即返回原位；
（3）第三次出发一直驶向来3#位，到达后返回原位；
（4）必要时，小车按上述要求出发三次运行一个周期后能停下来；
（5）根据需要，小车能重复上述过程，不停地运行下去，直到按下停止按钮为止。
要求：按PLC控制系统设计的步骤进行完整的设计。
最新激光原理及应用试卷
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E2平均寿命τ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1500MHｚ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＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。 ＝1.5m,R 2 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
激光原理与应用课试卷试题答案
激光原理及应用[陈家璧主编] 一、填空题（20分，每空1分） 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是（自发辐射）、（受激吸收）、（受激辐射）。 2、光腔的损耗主要有（几何偏折损耗）、（衍射损耗）、（腔镜反射不完全引起的损耗）和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是（模式选择）和（提供轴向光波模的反馈）。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因，衍射损耗与菲涅耳数有关，菲涅耳数的近似表达式为（错误！未找到引用源。），其值越大，则衍射损耗（愈小）。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为（错误！未找到引用源。）。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括（多普勒加宽），（晶格缺陷加宽）两种加宽。 7、CO2激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是（提高激光上能级的激励效率），氦气的作用是（有助于激光下能级的抽空）。 8、有源腔中，由于增益介质的色散，使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫做（频率牵引）。 9、激光的线宽极限是由于（自发辐射）的存在而产生的，因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲，脉冲宽度可达（错误！未找到引用源。）S，通常有（主动锁模）、（被动锁模）两种锁模方式。 二、简答题（四题共20分，每题5分） 1、什么是自再现？什么是自再现模？ 开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直，是实际应用中经常使用的技术手段，在聚焦透镜焦距F一定的条件下，画出像方束腰半径随物距变化图，并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念，请说明什么是空间烧孔？什么是反转粒子束烧孔？ 4、固体激光器种类繁多，请简单介绍2种常见的激光器（激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长）。 三、推导、证明题（四题共40分，每题10分）
激光原理及应用_答案
思考练习题1 1.答：粒子数分别为：188346 341105138.210 31063.6105.01063.61?=????=? ?==---λ ν c h q n 239342100277.510 31063.61?=???== -νh q n 2． 答：（1）(//m n E E m m kT n n n g e n g --=） 则有：1]300 1038.11031063.6exp[23 93412≈?????-==---kT h e n n ν （2）K T T e n n kT h 3 6 23834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[?=?=???????-==----ν 3． 答：（1）1923 18 1221121011.3]2700 1038.11064.1exp[4----?=???-?=?=??n n e g n g n kT h ν 且202110=+n n 可求出312≈n （2）功率＝W 918810084.51064.13110--?=??? 4.答：（1） 3 1734 3 6333/10857.310 63.68)106.0(2000188m s J h h c q q ??=????=?=---ννννρρπρπλρνπ＝自激 （2）9434 36333106.71051063.68)106328.0(88?=?????==---πρπλρνπννh h c q q ＝自激 5． 答：（1）最大能量 J c h d r h N W 3.210 6943.01031063.61010208.0004.06 83461822=??????????=? ???=?=--πλ ρπν 脉冲平均功率＝瓦8 9 61030.210 10103.2?=??=--t W （2）瓦自 自自145113.211200 2021=?? ? ??-?==? ? ? ??-==?-e h N P e n dt e n N t A τνττ
激光原理及应用考试卷
内蒙古工业大学200 —200 学年第一学期 《激光原理及应用》期末（考试）试卷（A）课程代码： 试卷审核人：考试时间： 注意事项：1.本试卷适用于级电科专业本科生使用 2.本试卷共6页，满分100分，答题时间120分钟 一、选择题（30分） 1、平面波的单色性是由下面的那个参数来评价其优劣的（） A、振幅 B、频率 C、光强 D、先谱的线宽 2、激光束偏转技术是激光应用的基本技术，如果它使激光束离散地投 射到空间中某些特定的位置上，则主要应用于（）。 A．激光打印B．激光显示 C．激光存储D．传真 3、具有超小型、激光强度快速可调特点的激光器是（）。 A．固体激光器B．气体激光器 C．半导体激光器D．光纤激光器 4、LED不具有的特点是（）。 A．辐射光为相干光 B．LED的发光颜色非常丰富 C．LED的单元体积小 D．寿命长，基本上不需要维修 9、高斯光束波阵面的曲率半径R0=（）
A 、])(1[||2 2 O Z Z πωλ+ B 、21 220 0])(1[(πωλωZ + C 、])(1[||22Z Z O λπω+ D 、21 )(λ λL 10、输出功率的兰姆凹陷常被用作一种，（）的方法。 A 、稳定输出功率 B 、稳定频率 C 、稳定线宽的 D 、稳定传输方向的 11、本书介绍的激光调制主要有哪几种调制（） A 、声光偏转 B 、电光强度 C 、电光相位 D 、电光调Q 12、半导体激光器的光能转换率可以达到（） A 、 25%—30% B 、70% C 、100% D 、≥50% 13、半导体光放大器英文简称是（ ）。 A ．FRA B ．SOA C ．EDFA D ．FBA 14、激光器的选模技术又称为（ ）。 A ．稳频技术 B ．选频技术 C ．偏转技术 D ．调Q 技术 15、非均匀增宽介质的增益系数阈值D G =阈（ ）。 A ．)(21 21r r Ln L a - 内 B ．hvV A n 32阈? C ． 1D M s G I I + D ． 2 /1) /1(S I I G +?
《激光原理》本科期末考试试卷及答案
系、班 姓 名 座 号 ………………密……………封……………线……………密……………封……………线………………… 华中科技大学2012年《激光原理》期末试题(A) 题 号 一 二 三 四 总分 复核人 得 分 评卷人 一. 填空: （每孔1分，共17分） 1. 通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值 高 。 2. Nd:Y AG 激光器可发射以下三条激光谱线 946 nm 、 1319 nm 、 1064 nm 。其 中哪两条谱线属于四能级结构 1319 nm 、 1064 nm 。 3. 红宝石激光器属于 3 几能级激光器。He-Ne 激光器属于 4 能级激光器。 4. 激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和 相干性好 5. 激光器的基本组成部分 激活物质、 激光谐振腔 、 泵浦源 。 6. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为 阈值 增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率 相等. 7. 调Q 技术产生激光脉冲主要有 锁模 、 调Q 两种方法。 二、解释概念：（共15分，每小题5分）(选作3题) 题 号 一 二 三 合计 得 分 1. 基模高斯光束光斑半径： 激光光强下降为中心光强21 e 点所对应的光斑半径. 2. 光束衍射倍率因子 光束衍射倍率因子= 角 基膜高斯光束远场发散基膜高斯光束束腰半径实际光束远场发散角 实际光束束腰半径?? 3. 一般稳定球面腔与共焦腔的等价关系： 一般稳定球面腔与共焦腔的等价性：任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价； 任何一个稳定球面腔唯一地等价于一个共焦腔。 三、问答题：（共32分，每小题8分） 题 号 一 二 三 四 合计 得 分 1. 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组 ()()()() Rl l l l l N N n f f n dt dN n n n n n A n W n s n dt dn S n S A n N n f f n dt dn A S n W n dt dn τυννσυννσ-???? ??-==++++-=++-???? ??--=+-=02111220321303001010 3232121202111 222313230303 ,, W 03 A 03 S 03 S 32 S 21 A 21 W 21 W 12 E 3 E 2 E 1 E 0
激光原理及应用思考练习题答案
思考练习题1 1． 试计算连续功率均为1W 的两光源，分别发射λ＝0.5000μm ，ν=3000MHz 的光，每秒 从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？ 答：粒子数分别为：18 8 34634110 5138.21031063.6105.01063.61?=????=? ?= =---λ ν c h q n 23 9 342100277.510 31063.61?=???==-νh q n 2．热平衡时，原子能级E 2的数密度为n 2，下能级E 1的数密度为n 1，设21g g =，求：(1)当原子跃迁时相应频率为ν＝3000MHz ，T ＝300K 时n 2/n 1为若干。(2)若原子跃迁时发光波长λ＝1μ，n 2/n 1＝0.1时，则温度T 为多高？ 答：（1）(//m n E E m m kT n n n g e n g --=）则有：1]300 1038.110 31063.6exp[2393412≈?????-==---kT h e n n ν （2）K T T e n n kT h 36238 34121026.61.0]1011038.11031063.6exp[?=?=???????-==----ν 3．已知氢原子第一激发态(E 2)与基态(E 1)之间能量差为1.64×l0－ 18J ，设火焰(T ＝2700K)中含有1020个氢原子。设原子按玻尔兹曼分布，且4g 1＝g 2。求：(1)能级E 2上的原子数n 2为多少？(2)设火焰中每秒发射的光子数为l08 n 2，求光的功率为多少瓦？ 答：（1）1923 181221121011.3]2700 1038.11064.1exp[4----?=???-?=?=??n n e g n g n kT h ν 且20 2110=+n n 可求出312≈n （2）功率＝W 918 8 10084.51064.13110--?=??? 4．(1)普通光源发射λ＝0.6000μm 波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比 q q 激自 1 = 2000 ，求此时单色能量密度νρ为若干？(2)在He —Ne 激光器中若34/100.5m s J ??=-νρ，λ为0.6328μm ，设μ＝1，求 q q 激自 为若干？ 答：（1）
激光原理及应用习题
《激光原理及应用》习题 1. 激光的产生分为理论预言和激光器的诞生两个阶段？简述激光理论的创始人，理论要点和提出理论的时间。简 述第一台激光诞生的时间，发明人和第一台激光器种类？ 答：激光理论预言是在1905年爱因斯坦提出的受激辐射理论。世界上第一台激光器是于1960年美国的梅曼研制成功的。第一台激光器是红宝石激光器。 2. 激光谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽，简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线型。 答：如果引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽，线型为洛仑兹线型。自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加宽类型。 非均匀加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献，线型为高斯线型。多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。 3. 军事上的激光器主要应用那种激光器？为什么应用该种激光器？ 答：军事上主要用的是CO 2激光器，这是因为CO 2激光波长处于大气窗口，吸收少，功率大，效率高等特点。 4. 全息照相是利用激光的什么特性的照相方法？全息照相与普通照相相比有什么特点？ 答：全息照相是利用激光的相干特性的。全息照片是三维成像，记录的是物体的相位。 1. 激光器的基本结构包括三个部分，简述这三个部分 答：激光工作物质、激励能源（泵浦）和光学谐振腔； 2. 物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁，简述这两种跃迁的区别。 答：粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁，辐射跃迁必须满足跃迁定则；非辐射跃迁表示在不同的能级之间跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给他的能量。 3. 工业上的激光器主要有哪些应用？为什么要用激光器？ 答：焊接、切割、打孔、表面处理等等。工业上应用激光器主要将激光做热源，利用激光的方向性好，能量集中的特点。 4. 说出三种气体激光器的名称，并指出每一种激光器发出典型光的波长和颜色。 答：He-Ne 激光器，632.8nm （红光），Ar+激光器，514.5nm （绿光），CO 2激光器，10.6μm （红外） 计算题 1．激光器为四能级系统，已知3能级是亚稳态能级，基态泵浦上来的粒 子通过无辐射跃迁到2能级，激光在2能级和1能级之间跃迁的粒子产 生。1能级与基态（0能级）之间主要是无辐射跃迁。 （1）在能级图上划出主要跃迁线。 （2）若2能级能量为4eV ，1能级能量为2eV ，求激光频率； 解：（1）在图中画出 （2）根据爱因斯坦方程 21h E E ν=- 得 ()1914213442 1.610 4.829106.62610E E Hz h ---??-===??ν 2．由凸面镜和凹面镜组成的球面腔，如图。凸面镜的曲率半径为2m ，凹面镜的曲率半径为3m ，腔长为1.5m 。发光波长600nm 。判断此腔的稳定性； 解: 激光腔稳定条件 R3 32ω 21ω
激光原理及应用试卷.
激光原理及应用试卷 班级姓名成绩 一、填空题（1.5×20=30分） 1.光与物质的相互作用有三种不同基本过程，即，及 A21称为：B21称为：B12称为：自发辐射的平均寿命τ与A21关系为 2.引起谱线增宽的原因主要有三种，即。 它们的线型函数有两种，分别是。 3.光的一个基本性质是具有。一方面光是电磁波，具有波动 性质，有一定的和。另一方面光是光子流，是具有一定 和的物质粒子流。 4．产生激光必须具备的三个条件：， ， 二、问答题（5×6=30分） 1.简要叙述激光器稳定出光的过程。
2.三种谱线增宽形式中哪些是均匀增宽？哪些是非均匀增宽，为什么？ 3.详细说明对称共焦腔中高斯光束的特点，并图示 4.叙述用兰姆凹陷稳频的工作原理。
三、 分析题（40分） 1. （10’）如图所示为的1E 和0E （基态）分别为激光上下能级，0n 和1n 分别为上下能级的粒子数密度，谐振腔中传播的单色光能密度为ρ（假设其线宽比介质的线型函数)(v f 的线宽窄得多）。图中过程①为泵浦速率为R 0的抽运过程，②为自发辐射过程，③和④分别为受激辐射和受激吸收过程,自发辐射系数、受激辐射系数和受激吸收系数分别为A 10、B 10、B 01。试写出1E 能级在单位时间内粒子数密度的增加量，并说明表达式中每一项的物理意义 2. （15分）一染料激光器输出激光的波长为0.63μm ，采用平凹腔，凹面镜的曲率半径为2m ，腔长为1m ，（1）求出它所产生的高斯光束的光腰大小和位置，共焦参数f 以及发散角θ。（2）如果使用焦距为5cm 的凸透镜聚焦，入射光腰到透镜的距离为1.50m 。问：离透镜1.0m 处的出射光斑半径为多少？ 3.（15’）设有三束频率分别为0ν、νν?+0和νν?-0、光强为I 0、I 1和I 2的强光沿相同方 1E 0 E
激光原理试卷
一、填空题（20分，每空1分） 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是（自发辐射）、（受激吸收）、（受激辐射）。 2、光腔的损耗主要有（几何偏折损耗）、（衍射损耗）、（腔镜反射不完全引起的损耗）和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是（模式选择）和（提供轴向光波模的反馈）。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因，衍射损耗与菲涅耳数有关，菲涅耳数的近似表达式为（错误！未找到引用源。 ），其值越大，则衍射损耗（愈小）。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为（错误！未找到引用源。 ）。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括（多普勒加宽），（晶格缺陷加宽）两种加宽。 7、CO2激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是（提高激光上能级的激励效率），氦气的作用是（有助于激光下能级的抽空）。 8、有源腔中，由于增益介质的色散，使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫做（频率牵引）。 9、激光的线宽极限是由于（自发辐射）的存在而产生的，因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲，脉冲宽度可达（错误！未找到引用源。）S ，通常有（主动锁模）、（被动锁模）两种锁模方式。 二、简答题（四题共20分，每题5分） 1、什么是自再现？什么是自再现模？ 开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直，是实际应用中经常使用的技术手段，在聚焦透镜焦距F 一定的条件下，画出像方束腰半径随物距变化图，并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念，请说明什么是空间烧孔？什么是反转粒子束烧孔？ 4、固体激光器种类繁多，请简单介绍2种常见的激光器（激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长）。 三、推导、证明题（四题共40分，每题10分） 1、短波长（真空紫外、软X 射线）谱线的主要加宽是自然加宽。试证明峰值吸收截面为 π λσ22 0=。 证明：
激光原理及应用试卷
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E2平均寿命τ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1500MHｚ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(ν) ＝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＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。 ＝1.5m,R 2 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
激光原理试卷汇总
广东工业大学考试试卷( A ) 课程名称: 激光原理与技术 试卷满分100 分 考试时间: 2007年6月18日 (第16周 星期 一) 一、选择题（每题3分，共30分） 1.世界上第一台激光器是 （ ） (A)氦氖激光器． (B)二氧化碳激光器． (C)钕玻璃激光器． (D)红宝石激光器． (E)砷化镓结型激光器． 2.按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所产生的光的特点是：（ ） (A)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是 不相干的． (B)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光 是相干的． (C)两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的，原子受激辐射的光与入射光 是不相干的． (D)两个原子自发辐射的同频率的光是相干的，原子受激辐射的光与入射光是 相干的． 3．氦-氖激光器属于典型的（ ）系统 （A ）二能级（B ）三能级（C ）四能级（D ）多能级 4．体积3 cm 1=V ，线宽nm 10=?λ，中心波长60nm ，模式数目为（ ） 20201012104 (D) 102 (C) 104 (B) 102 )A (???? 5．多普勒加宽发生在（ ）介质中 6．半共心腔在稳定图上的坐标为（d ） （A ）（-1，-1） （B ） （0，0） （C ）（1，1） （D ）（0，1） 7．对于均匀增宽介质，中心频率处小信号增益系数为)00 (v G ，当s I I =时 ， 饱和显著，非小信号中心频率增益系数为：（c ） （A ） )00 (v G （B ） )00 (2v G （C ） )00(21v G （D ） )00 (31v G 8．.一平凹腔,其凹面镜的半径R 等于腔长L,它是(b ) （A ）稳定腔 （B ）临界腔 （C ）非稳腔 9.能够完善解释黑体辐射实验曲线的是( c ) （A ）瑞利-金斯公式 （B ）维恩公式 （C ）普朗克公式 （D ）爱因斯坦公式 10.腔长为0.5米,μ=1.5,纵模间隔为b( )
激光原理及应用习题
" 《激光原理及应用》习题 1. 激光的产生分为理论预言和激光器的诞生两个阶段简述激光理论的创始人，理论要点和提出理论的时间。简述 第一台激光诞生的时间，发明人和第一台激光器种类 答：激光理论预言是在1905年爱因斯坦提出的受激辐射理论。世界上第一台激光器是于1960年美国的梅曼研制成功的。第一台激光器是红宝石激光器。 2. 激光谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽，简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线型。 答：如果引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽，线型为洛仑兹线型。自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加宽类型。 非均匀加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献，线型为高斯线型。多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。 3. } 4. 军事上的激光器主要应用那种激光器为什么应用该种激光器 答：军事上主要用的是CO 2激光器，这是因为CO 2激光波长处于大气窗口，吸收少，功率大，效率高等特点。 5. 全息照相是利用激光的什么特性的照相方法全息照相与普通照相相比有什么特点 答：全息照相是利用激光的相干特性的。全息照片是三维成像，记录的是物体的相位。 1. 激光器的基本结构包括三个部分，简述这三个部分 答：激光工作物质、激励能源（泵浦）和光学谐振腔； 2. 物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁，简述这两种跃迁的区别。 答：粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁，辐射跃迁必须满足跃迁定则；非辐射跃迁表示在不同的能级之间跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给他的能量。 3. $ 4. 工业上的激光器主要有哪些应用为什么要用激光器 答：焊接、切割、打孔、表面处理等等。工业上应用激光器主要将激光做热源，利用激光的方向性好，能量集中的特点。 5. 说出三种气体激光器的名称，并指出每一种激光器发出典型光的波长和颜色。 答：He-Ne 激光器，（红光），Ar+激光器，（绿光），CO 2激光器，μm（红外） 计算题 1．激光器为四能级系统，已知3能级是亚稳态能级，基态泵浦上来的粒 子通过无辐射跃迁到2能级，激光在2能级和1能级之间跃迁的粒子产 生。1能级与基态（0能级）之间主要是无辐射跃迁。 （1）在能级图上划出主要跃迁线。 — （2）若2能级能量为4eV ，1能级能量为2eV ，求激光频率； 解：（1）在图中画出 （2）根据爱因斯坦方程 21h E E ν=- 得 ()19142134 42 1.610 4.829106.62610E E Hz h ---??-===??ν R3 32ω ， 21 ω
激光原理及应用 (1)
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 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τ的关系为（ B ） 2．爱因斯坦系数A 21和B 21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 )D ( )C ( 1 )B ( )A (212212121e A N A A A τ τττ==== 8 )D ( 8 )C ( 8 )B ( )A (22 2121332121332121212121c hv B A c hv B A Δv c v B A e g g B A kT hv πππ====-c L q v c L v L c v L c q v μμμμ2 )D ( 2 )C ( 2 )B ( 2 )A (=?= ?= ?=?L L L L πλ θπλθλπθπλθ222 )D ( 222 )C ( 42 )B ( 2 )A (≈≈≈≈ fs )D ( ns )C ( μs )B ( ps )A (