激光原理复习提纲
2015年激光原理思考题
1.激光与普通光源的区别？激光器的组成。
方向性好，（光源的方向性由光束的发散角来描述）。单色性好（带宽），相干性好，（时间相干性，空间相干性）。能量集中（衡量光源能量集中程度可用亮度来定义）。组成：激励能源，工作物质，谐振腔。
2.光子与原子的相互作用的三种过程：自发辐射、受激辐射、受激吸收的特点与区别。
即使没有任何外界激励，处于高能级的原子有可能会自发地向低能级跃迁，并以光子的形式将能量释放出来。各原子自发辐射发出的光彼此独立。频率、偏振、相位、传播方向等不一定相同——非相干光。处于高能级的原子，可能受到外来光子的激励作用，从高能级向低能级跃迁，并发射一个与外来光子一模一样的光子，这一过程被称为受激辐射。受激辐射发出来的光子与外来光子具有相同的频率，相同的发射方向，相同的偏振态和相同的位相，完全相干。处于低能态的原子在光子流的照射下，可能会吸收一个光子，受激发向高能态跃迁。这一过程称为受激吸收。需要外来光子，hν=E2-E1吸收才会发生。
3.热平衡状态下，三个爱因斯坦系数之间的关系。
4.原子体系在热平衡时，各能级上的粒子数服从什么分布？写出表达式
原子体系在热平衡时，各能级上的粒子数服从玻尔兹曼分布。
5.谱线加宽、线型函数的基本概念。
实际上光强分布总在一个有限宽度的频率范围内,每一条谱线都有一定的宽度, v = v0只是谱线的中心频率.这种现象称为谱线加宽.线型函数表示谱线中频率在ν附近的单位频率间隔中的单色光的功率与谱线总功率的比值
6.均匀加宽的分类及特点，非均匀加宽的分类及特点。
自然加宽，碰撞加宽，晶格热振动加宽。
均匀加宽具有以下的特点：引起加宽的因素对每个原子都相同；每个原子发光时，发出整个线型，即对整个分布都有贡献，每个原子在形成谱线时的作用与地位都是相同的；
多普勒加宽，晶格缺陷加宽
非均匀加宽的特点：发光粒子的光谱因物理因素使得中心频率发生变化, 每个原子辐射时都有自己的表观中心频率和线型，其线型仍是洛仑兹线型，非均匀加宽整个谱线这些“小的洛仑兹线型”的包络。不同的原子向不同的谱线发射，即不同的原子只对谱线内与它的中心频率响应的部分有贡献；可以分辨出谱线上的某一频率范围是哪一部分原子发出的。
7.粒子数反转条件？激光工作物质在热平衡下能否实现粒子数反转？怎样实现？
内有能实现反转分布的物质（称为激活介质）。合适的能级结构。外有激励源。这一能量供应过程叫做“激励”或“激发”“抽运”“泵浦”
不能。
8.为什么四能级系统比三能级系统易实现粒子数反转？
三能级系统缺点:由于基态能级上总是集聚着大量的粒子，因此要实现反转，外界抽运需相当强。四能级系统：激光的下能级不是基态，而且，E2与基态E1的间隔大，在热平衡条件下，只有极少数粒子处于E2能级。另外自发辐射和受激辐射跃迁到E2能级上的粒子通过无辐射跃迁回到基态E1，由于S21很大，故E2上的粒子数可以忽略不计9.常用的抽运（泵浦）的方法。
光学泵浦、电子碰撞、共振转移、化学反应。
10.谱线加宽后自发辐射、受激辐射和受激吸收几率如何改变。
乘上G（v）。A21 (ν ) = A 21g(ν ,ν ).表示在自发辐射跃迁几率A21中，分配在频率 处的单位频带内的自发跃迁几率。
11.增益系数的物理意义是什么？若增益系数不随距离改变，增益系数与光强的表达式
怎样？
设频率为ν的单色光，沿x 轴入射，单位时间经dx 厚度后，光强改变量为dI ，增益系数定义为：
光强随距离指数增加
12.什么是增益饱和现象，增益饱和是怎样产生的？
随着Iv 的增大,G（v）和△n 不增反降的现象。入射光引起强烈的受激辐射使激光上能级粒子数减少。激光发光的强度的增加是以消耗反转粒子数为代价的。而增益系数与反转粒子数成正比，所以增益下降。
13.对均匀加宽和非均匀加宽介质，其增益系数如何改变？
对于均匀加宽介质：光强Iν使均匀加宽型介质对各种频率的光波的增益系数都均匀下降。由于每个粒子对谱线不同的频率处都有贡献，所以当某一频率的受激辐射消耗了激发态的粒子时，也就减少了对其它频率信号的增益起作用的粒子数，其结果是增益曲线在整个谱线上均匀的下降。对于非均匀加宽介质：光强Iν使非均匀加宽型介质只能引起某个范围内的光波的增益系数下降，并且下降的倍数不同。因此在曲线上形成一个以ν 1 为中心的凹陷，称为烧孔效应。因为每一种特定类型的粒子，只能同某一定频率v 的光相互作用。
14.光学谐振腔的构成及分类。
以这一对反射镜为端面的腔体称为谐振腔。两块反射镜以一定的间距平行放置，即构成了最简单的光学谐振腔。两个反射镜中，一个为全反射镜，另一个为部分反射镜。
稳定腔，非稳腔，临界腔;共焦腔，共心腔
15.简述谐振腔的作用。
（1）提供光学正反馈作用，保证光束在腔内多次往返经受激活介质的受激辐射放大,从而在腔内建立和维持稳定的自激振荡。得到高强度的激光。（2）使激光具有极好的方向性和单色性.只有与反射镜轴向平行的一定波长的光能在激活介质内来回反射，雪崩式地放大。从入射的荧光宽带光中挑选出一系列离散的透射中心波长，并大大压缩其线宽，以某种方式取出的一个单一频率，使输出单色性将大大提高。
16.激光纵模和横模的概念。
可能存在于谐振腔中的电磁振荡，称为模式。沿腔轴方向的稳定场分布称为谐振腔的纵模。垂直于腔轴方向的稳定场分布称为谐振腔的横模。
向一个方向传播的诸相干光束位相相同，相互加强，产生谐振，形成激光。
17.如何计算谐振频率？纵模间隔？
18.激光振荡的阈值条件、频率条件？产生激光的条件？起振模式数的计算方法？
19.模式竞争的概念。均匀加宽和非均匀加宽激光器纵模竞争特点？
如果有多个模式的谐振频率落均匀加宽工作物质的增益曲线振荡线宽内，各模式尽管频率不同，但使用的都是相同的反转粒子数密度，因此模式之间存在竞争。（1）饱和效应引起竞争。理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出应是单纵模，其频率在增益曲线中心频率附近。（2）空间烧孔效应引起多纵模振荡。在腔内由于轴向空间烧孔效应，不同纵模可以使用不同空间的激活粒子而同时产生振荡，这一现象称为纵模的空间竞争。
若两纵模的烧孔部分或全部重合，则因为它们共用或部分共用一群激活粒子而产生相互竞争，造成输出功率的起伏。
20.简述常用的纵模和横模选择技术？常用的模式选择方法及原理。
针对压缩振荡光束的发散角，从而改善其方向性的横模选择技术；基横模选择方法主要是在谐振腔内插入附加的选模元件。采用光阑法选模。小孔光阑法：结构简单、调整方便，但激光工作物质未充分利用，使输出功率下降较大。聚焦光阑法：在谐振腔中加上两个共焦透镜进行选模。提高了激活介质的利用率，增大激光输出功率。
用于限制振荡频率数目的纵模选择技术。短腔法：增大纵模频率间隔，使其在荧光谱线有效宽度范围内，只存在一个纵模振荡。法布里－珀罗标准具法Fabry-Perot：谐振腔中插入一块法布里－珀罗标准具来选择纵膜。F－P标准具是一种光学元件，它相当于一块滤光片，对不同的波长有不同的透射率。
21.简述电光调制、声光调制、磁光调制的基本概念和原理。
调制：这种将信息加载于激光的过程。
电光调制是利用电光效应。某些晶体受到外加电场作用，其折射率发生改变，可以使本是各向同性的介质产生双折射，本是各向异性的晶体其双折射特性发生变化。因外加电场使介质光学性质发生变化的效应，称为电光效应。电致折射率变化是利用电光效应实现光调制、调Q、锁模等技术的物理基础。
声光调制是利用声光效应。超声波是纵向波，它在声光介质中传输时会引起介质密度发生疏密交替的变化，使介质的折射率发生相应变化。光波通过此介质时，光的强度、频率等均随超声场变化，称声光效应。
磁光调制的物理基础是磁光效应，即晶体受到磁场作用时表现出旋光特性。当光波进入施加了磁场的介质时传播特性发生变化。磁光调制是先把电信号转变成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变在介质中传输的光波的偏振状态，从而达到噶边光强度等参量的目的。
22.简述激光器调Q技术的工作原理。常用的调Q方法。
一般采取改变腔内损耗的办法来调节腔内的Q值。原理：增加腔损耗->输出关闭-> 累计能量->减小腔损耗->迅速输出.泵浦连续传送恒定的功率，Q关闭时聚集粒子数差储存能量；开通时，损耗减小，聚集的大量粒子数差被迅速释放出来，产生强大的激光脉冲。
常用方法：转镜调Q，电光调Q，声光调Q，染料调Q。
转镜调Q就是靠改变反射镜的平行度来调制腔的Q值的方法。
电光调Q：利用电光晶体在外电场的作用下，使入射偏振光的振动方向发生变化的效应，从而人为地加入可控的等效反射损耗的方法。
声光调Q：当光通过介质中的超声场时，由于衍射造成光的偏折来控制激光器的Q 值的一种方法。
染料调Q：利用某种材料(通常是用有机染料)对光的吸收系数会随光强变化的特性来达到调Q的目的。
23.简述锁模激光器的工作原理。锁模激光器的输出特性及其计算。
用某种方法强使这些振荡模式维持固定的频率间隔、固定的相对相位，则激光器输出的光波将是脉宽极窄的、峰值功率很高的光脉冲。由于各相邻模之间的频率间隔是固定的<纵模条件>，各模的振动方向对于一定激光器是相同的。因此要获得窄脉宽、高峰值功率的光脉冲，只要使各相邻模之间具有固定的相位关系。
输出特性：
激光原理复习题答案
激光原理复习题 1. 麦克斯韦方程中 0000./.0t t μμερε????=-???????=+????=???=?B E E B J E B 麦克斯韦方程最重要的贡献之一是揭示了电磁场的在矛盾和运动；不仅电荷和电流可以激发电磁场，而且变化的电场和磁场也可以相互激发。在方程组中是如何表示这一结果？ 答：（1）麦克斯韦方程组中头两个分别表示电场和磁场的旋度，后两个分别表 示电场和磁场的散度； (2) 由方程组中的1式可知,这是由于具有旋度的随时间变化的电场(涡旋 电场),它不是由电荷激发的,而是由随时间变化的磁场激发的; (3)由方程组中的2式可知，在真空中，,J =0，则有 t E ??=? 00B *εμ ；这表明了随时间变化的电场会导致一个随时间变化的磁场；相反一个空间变化的磁场会导致一个随时间变化的电场。这 种交替的不断变换会导致电磁波的产生。 2, 产生电磁波的典型实验是哪个？基于的基本原理是什么？ 答：产生电磁波的典型实验是赫兹实验。基于的基本原理：原子可视为一个偶 极子，它由一个正电荷和一个负电荷中心组成，偶极矩在平衡位置以高频做周期振荡就会向周围辐射电磁波。简单地说就是利用了振荡电偶极子产生电磁波。 3 光波是高频电磁波部分，高频电磁波的产生方法和机理与低频电磁波不同。对于可见光围的电磁波，它的产生是基于原子辐射方式。那么由此原理产生的光的特点是什么？ 答：大量原子辐射产生的光具有方向不同，偏振方向不同，相位随机的光，它们是非相干光。 4激光的产生是基于爱因斯坦关于辐射的一般描述而提出的。请问爱因斯坦提出了几种辐射，其中那个辐射与激光的产生有关，为什么？ 答：有三种：自发辐射，受激辐射，受激吸收。其中受激辐射与激光的产生有 关，因为受激辐射发出来的光子与外来光子具有相同的频率，相同的发射 方向，相同的偏振态和相同的相位，是相干光。
《光学》教学大纲
《光学》教学大纲 课程编号： 课程名称：光学 英文名称：Optics 学分：4 总学时：72 实验（上机）学时： 适用年级专业（学科类）：物理专业及相关专业,二年级第一、二学期 一、课程说明 （一）编写本大纲的指导思想 为适应我校学分制教学计划的要求，体现科学性、思想性和实践性的基本要求，建立严谨的教学体系，特制定本大纲。 （二）课程目的和要求 光学是普通物理中一个重要组成部分.通过本门课程的教学，使学生系统地掌握光的基本性质,基本原理和基本知识。培养学生分析问题和解决问题的能力，本门课程一方面为后继课程的学习和专业训练提供必要的准备，另一方为学生将来从事科学研究,教学和其他工作打下良好的基础。作为物理学的基本课程，应着重要求学生掌握物理学的基本概念和基本规律,使学生建立起鲜明的物理图象。 在教学中，还应通过分析、概括丰富的自然现象,联系科学发展和生产实际中的有关事例,注意采用演示实验、多媒体教学等手段，以及加强习题运算,课堂讨论等多种形式,贯彻理论联系实际的原则. 了解光学的最新发展，体会到综合运用基础物理学知识联系实际、思索问题和解决问题的乐趣。（三）教学的重点、难点： 重点:共轴球面组成像光的干涉、衍射和偏振的基本原理及典型应用。 难点:运用菲涅耳公式解释半波损失问题偏振光的干涉旋光现象解释。 （四）知识范围及与相关课程的关系 本课程研究光的传播规律以及光和物质相互作用问题. 学习本课程，应具备高等数学、力学及电磁学的基本理论。同时本课程又与原子物理、电动力学、量子力学、激光原理、光纤通信、信息光电子学等后继课程有密切关系。 （五）教材及教学参考书的选用 1、《光学》(上、下册), 赵凯华钟锡华,北京大学出版社，1996第五次印刷； 2、《光学》，易明，高等教育出版社，1999年10月第一版； 3、《光学》，章志鸣沈元华等，高等教育出版社，1995年5月第一版； 4、《光学》，王楚汤俊雄，北京大学出版社，2001年7月第一版；
原子物理学教学大纲
原子物理学理论课教学大纲 《原子物理学》课程教学大纲新06年8月课程编号：02300009 课程名称：原子物理学 英文名称： Atomic Physics 课程类型：专业基础课 总学时： 54 学分： 2.5 适用对象：物理、电子信息科学专业本科生 先修课程：高等数学、力学、电磁学、光学 1.课程简介 本课程着重从光谱学、电磁学、X射线等物理实验规律出发，以原子结构为中心，按照由现象到本质、由实验到理论的过程帮助学生建立起微观世界量子物理的基本概念，并利用这些基本概念说明原子、分子以及原子核和粒子的结构和运动规律，介绍在现代科学技术上的重大应用。是近代物理的入门课程，是物理专业的一门重要基础课。本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设，是理论物理课程中量子力学部分的前导课程，拟在第三学年第一学期开出。 2.课程性质、目的和任务
本课程是物理专业学生必修课。是力学、电磁学和光学的后续课程、近代物理课的入门课程。是量子力学、固体物理学、原子核物理学、激光、近代物理实验等课程的基础课。目的是引导学生从实验入手，用量子化和微观思维方式，分析微观高速运动物体的规律。主要任务是：通过本课程的教学，让学生对原子及原子核的结构、性质、相互作用及运动规律有概括而系统的认识。通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析，使学生建立丰富的微观世界的物理图像和物理概念，培养学生用微观思维方式分析问题和解决问题的能力。 3.教学基本要求 (1)了解原子物理学、原子核物理学发展的历程，培养科学研究的素质，加深对辩证唯物主义的理解。 (2)了解原子和原子核所研究的内容和前沿研究领域的概况，培养有现代意识、有远见的新一代大学生。 (3)掌握原子、原子核物理学的基本原理、基本概念和基本规律；掌握处理原子、原子核物理学现象及问题的手段和途径。培养学生掌握科学研究的基本方法。 (4)使学生了解无限分割的物质世界中的依次深入的不同结构层次，理解原子核的结构和基本性质、基本运动规律； (5)结合一些物理学史介绍，使学生了解物理学家对物理结构的实验——理论——再实验——再理论的认识过程，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用，并为以后继续学习量子力学和有关课程打下基础。 4.教学内容及要求
拉盖尔高斯光束经透镜传输光场计算
成绩评定表 学生姓名吴宪班级学号1109020117 专业光信息科学 与技术课程设计题目拉盖尔高斯光束经 透镜传输光场计算 评 语 组长签字： 成绩 日期20 13 年12 月 27 日
学院理学院专业光信息科学与技术 学生姓名吴宪班级学号1109020117 课程设计题目拉盖尔高斯光束经透镜传输光场计算 实践教学要求与任务: 要求： 1）角向节线0，径向节线2的拉盖尔高斯光束（共焦参数=12000倍波长）通过薄透镜； 2）薄透镜（前置圆形光阑）焦距=1500倍波长，光腰在透镜处； 3）光阑半径=120倍波长。 任务： 1）计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜后时的轴上光强变化，分析焦点变化； 2）计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜前时的径向光强变化，计算截断参数； 3）计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜后的径向–轴向光强变化； 4）撰写设计论文。 工作计划与进度安排: 1. 第一周教师讲解题目内容、任务和论文要求，学生查阅资料，星期四提出设计方案； 2. 第一周星期四到第二周星期三（包括星期六星期日）完成设计； 3. 第二周星期四上交论文； 4. 星期四教师审查论文，合格者星期五论文答辩。 指导教师： 2013年月日专业负责人： 2013年月日 学院教学副院长： 2013年月日
目录 摘要 (4) 设计原理 (5) 一．普通球面波的传播规律 (5) 二．高斯光束的基本性质及特征参数 (6) 三．柯林斯（Collins）公式 (7) 四．基模高级光束的特征参数 (6) 计算结果10 一. 计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜前时的轴上光强变化，分析焦点变化 (10) 二. 计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜前时的径向光强变化，计算截断参数 (11) 三．计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜后的径向–轴向光强变化 (12)
固体物理学教学大纲-北京航空航天大学
北京航空航天大学2016级博士研究生招生入学考试 《固体物理学》科目考试范围 一、晶体结构（掌握） 1、晶体中原子的周期性列阵 2、点阵的基本类型 3、晶列和晶面指数 4、简单晶体结构 二、晶体衍射（掌握） 1、倒易点阵 2、周期函数的付里叶分析 3、劳厄衍射条件 4、基元的几何结构因子及原子形状因子 5、X射线衍射的实验方法 三、晶体结合（掌握） 1、晶体结合的基本形式 2、分子晶体与离子晶体，范德瓦尔斯互作用，马德隆常数 四、声子（晶体振动及热学性质）（掌握） 1、一维原子链的振动 单元子链双原子链声学支光学支 2、格波 简正坐标格波能量量子化声子
3、长波近似 4、固体热容 爱因斯坦模型德拜模型 5、非简谐效应 热膨胀热传导 6、中子的非弹性散射测声子能谱 五、晶体缺陷（了解） 1、晶体缺陷线缺陷面缺陷点缺陷 2、热缺陷及其运动 3、扩散及微观机理 4、杂质在外力作用下的扩散 5、位错的物理特性 六、固体电子论基础（掌握） 1、金属自由电子的物理模型 2、金属自由电子的热容 3、金属的电导 4、电子在外加电磁场中的运动 漂移速度方程霍耳效应 5、金属热导率 七、能带理论（掌握） 1、布洛赫定理 2、布里渊区
3、近自由电子模型 4、平面波法紧束缚近似法赝势法 5、电子的准经典运动 6、金属半导体和绝缘体空穴的概念 7、费密面及费密面结构 八、专题（了解） 金属与合金半导体固体磁性固体的光学性质 铁电体超导电性非晶态物质固体的表面与界面低维固体与纳米结构
《现代光学》科目考试范围 一、光的传播和基本性质 1、光的电磁波理论（平面波和球面波） 2、惠更斯原理 3、费马原理 4、光传播的几何光学定律，折射率与光速和波长关系 5、光的电磁波基本性质及其证明 6、光度学基本概念（发光强度、亮度、朗伯余弦定律和光照度） 二、几何光学成像 1、近轴成像 2、理想系统成像理论 （1）光学系统基点基面，光焦度 （2）物像关系作图法 （3）利用牛顿公式和高斯公式计算物像关系 3、光学成像仪器及其原理 4、像差基础（像差的种类、产生原理、校正的方法） 三、波动光学 1、光波前函数的指数和复振幅描述 2、光的干涉 （1）干涉的充要条件 （2）衬比度 （3）分波前干涉（杨氏干涉，其它干涉装置）
激光原理与技术习题
1.3 如果微波激射器和激光器分别在λ＝10μm ，＝5×10－ 1μm 输出1W 连续功率，试问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？ 解：若输出功率为P ，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则： 由此可得： 其中346.62610J s h -=??为普朗克常数， 8310m/s c =?为真空中光速。 所以，将已知数据代入可得： =10μm λ时： 19-1=510s n ? =500nm λ时： 18-1=2.510s n ? =3000MHz ν时： 23-1=510s n ? 1.4设一光子的波长＝5×10－ 1μm ，单色性λ λ ?＝10－ 7，试求光子位置的不确定量x ?。若光子的波长变为5×10－ 4μm （x 射线）和5 ×10 －18 μm （γ射线），则相应的x ?又是多少 m m x m m m x m m m x m h x h x h h μμλμμλμλλμλλ λλλλλλλλ 11171863462122 1051051051051051051055/105////0 /------?=?=???=?=?=???=?==?=???=?=?P ≥?≥?P ??=P?=?P =?P +P?=P 1.7如果工作物质的某一跃迁波长为100nm 的远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105S － 1，试问：（1）该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10是多少？（2）为使受激跃迁几率比自发跃迁几率大三倍，腔内的单色能量密度ρ应为多少？ c P nh nh νλ==P P n h hc λ ν= =
1.8如果受激辐射爱因斯坦系数B10＝1019m3s－3w－1，试计算在（1）λ＝6 m（红外光）；（2）λ＝600nm（可见光）；（3）λ＝60nm（远紫外光）；（4）λ＝0.60nm（x射线），自发辐射跃迁几率A10和自发辐射寿命。又如果光强I＝10W/mm2，试求受激跃迁几率W10。 2.1证明，如习题图2.1所示，当光线从折射率η1的介质，向折射率为η2的介质折射时，在曲率半径为R的球面分界面上，折射光线所经受的变换矩阵为 其中，当球面相对于入射光线凹（凸）面时，R取正（负）值。 习题
激光原理课程设计
激光原理课程设计 ——基于Matlab激光谐振腔模式模拟 作者: 光电0905 唐世豪 一、原理分析 1.基本原理 在分析激光器工作原理的过程中，谐振腔中的模式分布占据着重要的意义。经典的研究激光谐振腔内激光模式分布及传播规律的方法是，运用菲涅耳—基尔霍夫衍射积分公式。其关系式如式（1）： u x,y=ik 4π u x′,y′e?ikρ ρ 1+cosθ S ds′ (1) 式中，ρ为(x’,y’)与(x,y)连线的长度，θ为S面上点(x’,y’)处的法线和上述连线之间的夹角，ds’为S面上的面积元，k为波矢的模。 一般而言，腔长比镜面的线度大很多，(1+cosθ)/ρ近似取为2/L。同时，假定腔面的线度a远大于波长，被积函数中的e?ikρ不能简单的近似，我们只能根据不同几何形状的腔型来进行合理近似。于是，将公式（1）作用于开腔的两个镜面上的场分布，可以镜面S1上场u1(x′,y′)与镜面S2上场u2(x,y)联系起来，经过q次传播后，根据上述的假设有公式（2）： u q+1x,y=i λL u q(x′,y′)e?ikρ S1 ds′ (2) 对于对称开腔，当光波在腔内传播足够多次后（即在稳定情况下），镜面S1上光场传播到S2，出了表示振幅衰减和相位移动常数因子γ外，u q+1可以再现 u q ，形成这样一种稳态场：分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布，即实现了模的“自再现”。简化后有公式（3）和（4）: u mn x,y=γmn K x,y,x′,y′ S1 u mn(x′,y′)ds′ (3) K x,y,x′,y′=ik 2πL e?ikρ(x,y,x′,y′)=i λL e?ikρ(x,y,x′,y′) (4) 2.Fox-Li数值迭代法 积分方程（3）和（4）的解通过数学证明是存在的，但是实际求解是很困难的，所以在大多数情况下只能使用近似方法求数值解。Fox-Li数值迭代法就是运用标量近似来分析模场特性。其运用的就是迭代的思想，其迭代公式为式（3）。 此方法的基本物理解释是将初始场分布视为由无数多个本征函数以一定比例叠加的结果，不同的本征函数对应不同的模式，在腔内往返渡越过程中，不同模的衍射损耗不同，经过足够多次往返渡越后，衍射损耗大的模受到的衰减程度比衍射损耗小的模大得多，当损耗大的模的贡献与损耗小的模的贡献相比可以忽略时，剩下的便是小损耗模的稳定场分布。 二、实现方案 1.计算流程 跟据原理进行迭代计算的设计，流程图如图（1）所示。运用Matlab设计实现Fox-Li 数值迭代法程序的编写。
激光原理习题 (详细)
1、光与物质相互作用的三个基本过程：自发辐射、受激辐射、受激吸收。 2、激光器的损耗指的是在激光谐振腔内的光损耗，这种损耗可以分为两类：内部损耗、镜面损耗。 3、形成激光的条件：实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。 4、激光的四个基本特性：高亮度、方向性、单色性和相干性。 5、激光调制方法：内调制是指在激光生成的振荡过程中加载调制信号，通过改变激光的输 出特性而实现的调制。 外调制则是在激光形成以后，再用调制信号对激光进行调制，它并不改 变激光器的参数，而是改变已经输出的激光束的参数。 就调制方法来讲，也有振幅调制、强度调制、频率调制、相位调制以及脉冲调制等形式。 6、三种谱线增宽形式：自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽。 7、单纵模激光器的选频方法：短腔法、法布里—珀罗标准具法、三反射镜法。 8、激光器的基本结构：激光工作物质：能够实现粒子数反转，产生受激光放大。激励能源：能将低能级的粒子不断抽运到高能级，补充受激辐射减少高能级上的粒子数。光学谐振腔：提高光能密度，保证受激辐射大于受激吸收。 9、高斯光束的基膜腰斑半径（腰粗）公式：W 0= 2 1 W s = 2 1 π λL 简答题： 1、用速率方程组证明二能级系统不可能实现粒子数反转分布。
2、简述光频电磁场与物质的三种相互作用过程，并指出其影响因素。（画图说明） 答:光与物质相互作用的本质是光与物质中的电子发生相互作用，使得电子在不同的能级之间跃迁。包括三种基本过程：自发发射、受激辐射以及受激吸收。 .自发发射——在无外电磁场作用时,粒子自发地从E2跃迁到E1,发射光子hv。(a)特点:各粒子自发、独立地发射的光子。各光子的方向、偏振、初相等状态是无规的, 独立的，粒子体系为非相干光源。受激辐射:——原处于高能级E2的粒子, 受到能量恰为hv=E2-E1的光子的激励, 发射出与入射光子相同的一个光子而跃迁到低能级E1 。特点:①受激发射只能在频率满足hv=E2-E1的光子的激励下发生;②不同粒子发射的光子与入射光子的频率、位相、偏振等状态相同; 这样,光场中相同光子数目增加,光强增大,即入射光被放大——光放大过程。受激吸收:——原处于低能级E1的粒子,受到能量恰为hv=E2-E1的光子照射而吸收该光子的能量,跃迁到高能级E2。 3、
激光原理设计报告
激光应用课程设计报告 大范围激光防盗报警器设计 姓名： 班级： 学号： 指导老师：日期：2012.12.10～2012.12.21 华南农业大学工程学院
摘要 防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，便于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。 本设计论文从硬件和软件两方面对系统进行了详细的设计。介绍了系统的构成，外围电路的连接，芯片与芯片之间的连接电路，程序设计方法和相应的软件。通过555产生振荡，让74LS90不停的计数，大概50S左右清零计数器，产生一个进位去控制关蜂鸣器和停止延时电路的计数。通过控制电路控制NPN三极管的截止和导通，来控制蜂鸣器的鸣响。系统硬件电路简单、安装方便、操作简单，并且具有低成本的优点，可适用于各种类型的住宅和人群。 关键字: 防盗报警蜂鸣器激光报警器
目录第一章绪论 1.1 设计背景 1.2 报警器的分类 1.3 设计要求 第二章系统设计方案 2.1 总体方案及设计原理 2.2 所需器材 2.3 实验电路及说明 第三章.总结与发展趋势
1.1 设计背景 随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。同时，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出增长趋势，传统的依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式已经越来越不能满足人们的要求。于是各种自动报警系统应运而生，被广泛地应用于需要高安全要求的各种场所。 激光引入安防系统的优异性，激光是一种高亮度的定向能束，单色性好、方向性好、具有优异的相干性。因此，激光不会象无线电波、红外光那样，受到背景、不同温度物体的干扰，无线电波也容易受电磁波的干扰，即抗干扰能力强。 ①激光是一种特殊光源与普通光不同②强穿透、远距离③抗干扰、不误报、不漏报④体积小、易隐蔽⑤用人眼看不见的激光设防，保密性好，难回避⑥可兼容各种形式的探测器同时探测⑦耗电少寿命长。主要针对户内外大型公共场所，如厂矿企业、大型油田、图书馆、银行、博物馆、展览馆、学校、养殖场、监狱以及有重要物品的商铺和仓库等，同样使用在家庭防盗上也更有安全保证！此方案有着较大的未来经济效益。 1.2 报警器的分类 （1）报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外\微波报警探测器、玻璃破碎报警器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。（2）报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。（3）报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。（4）防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。（5）从防盗报警器与报警主机（后端处理器）的连接方式可分为有线与无线。除了以上区分以外，还有其他方式的划分。在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。报警探测器作为传感探测器，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况。在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。这些场所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。因此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求。
激光原理与技术课程设计(matlab仿真)
电子科技大学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 激光原理与技术 课程设计 课程教师： 作者姓名： 学号：
题目一： 编程计算图示谐振腔的稳定性与光焦度1/F的关系。可取R1=∞, R2=∞, l1=250mm, l2=200mm。，用matlab程序计算光线在腔内的轨迹，演示腔稳定和不稳定时光线在腔内往返次数增加时光线轨迹。初始光线参数可以任意选择。 利用matlab编程如下： clear,clc L1=250;L2=200; R1=inf;R2=inf; syms d; T=[1,L1;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1 ,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/R1,1]; A=T(1,1); B=T(1,2); C=T(2,1); D=T(2,2); h=(A+D)/2; ezplot(h,[0,0.012]) title('谐振腔的稳定性');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('等效 g1g2') 运行结果：
题目二： 和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。 计算输出镜M 2 利用matlab编程如下： clear,clc L1=250;L2=200;R1=inf;R2=inf;w1=0.5*10^-3; syms d T1=[1,L2;0,1]*[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/ R1,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-d,1]; A1=T1(1,1);B1=abs(T1(1,2));C1=T1(2,1);D1=T1(2,2);h1=(A1+D1)/2; W1=((w1*B1/pi)^(1/2))/((1-h1^2)^(1/4)); T2=[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/R1,1]*[1,L1 ;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L2;0,1]; A2=T2(1,1);B2=abs(T2(1,2));C2=T2(2,1);D2=T2(2,2);h2=(A2+D2)/2; W2=((w1*B2/pi)^(1/2))/((1-h2^2)^(1/4)); figure (1) ezplot(W1,[0,0.012]); title('透镜上的光斑半径');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('光束半径') figure (2); ezplot(W2,[0,0.012]) title('输出镜上的光斑半径');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('光束半径') figure (3);
激光原理与技术习题一
《激光原理与技术》习题一 班级 序号 姓名 等级 一、选择题 1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm -1 = eV 。 （A ）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er 光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm ，则产生该波长的两能级之间的能量间 隔约为 cm -1。 （A ）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm 的He-Ne 激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz 。谐振腔长度为50cm 。假 设该腔被半径为2a=3mm 的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为 个。 （A ）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的 二、填空题 1、光子学是一门关于 、 、 光子的科学。 2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从 统计分布。 3、设掺Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为10ms ，则其谱线宽度为 。 三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz 的某光源，相干长度为1m ，求此光源的单色性参数及线宽。 2．某光源面积为10cm 2，波长为500nm ，求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/exp(1 kT hv 。
《激光原理与技术》习题二 班级 姓名 等级 一、选择题 1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W 。 （A ）1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、激光器一般工作在 状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态 二、填空题 1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数 是 。 2、一束光通过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，则该物 质的增益系数为 。 三、问答题 1、以激光笔为例，说明激光器的基本组成。 2、简要说明激光的产生过程。 3、简述谐振腔的物理思想。 4、什么是“增益饱和现象”？其产生机理是什么？ 四、计算与证明题 1、设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2)，相应的频率为ν(波长为λ)，能级上的粒子数密度分 别为2n 和1n ，求 (a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时，21/?n n = (b) 当λ=1μm ，T=300K 时，21/?n n = (c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时，温度T=？ 2、设光振动随时间变化的函数关系为 （v 0为光源中心频率）， 试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线。 ???<<=其它,00),2exp()(00c t t t v i E t E π
激光原理教学大纲
《激光原理》课程教学大纲 课程代码：090631009 课程英文名称：Principles of Laser 课程总学时：48 讲课：48 实验：0 上机： 适用专业：光电信息科学与工程 大纲编写（修订）时间：2017.10 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程是光电信息科学与工程专业的必修主干专业基础课程，主要讲授有关激光的基本知识和基本理论，在光电信息科学与工程专业培养计划中，它起到由专业基础理论课向专业课过渡的承上启下的作用。本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论的教学外，还通过课程设计培养学生的理论分析及其实际应用能力。 通过本课程的学习，可以使学生： 1. 掌握激光的概念及产生原理、光学谐振腔理论、速率方程理论、激光器的特性及其控制和改善的原理。了解激光技术新的发展和应用； 2. 具有综合运用数学、物理等学科知识对实际与激光有关的问题进行理论分析的能力； 3. 获得初步的激光器件设计技能，为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1. 知识方面的基本要求 通过本科程的学习，使学生掌握：激光的概念、特性及产生原理；激光器的构成及工作原理；光学谐振腔与高斯光束知识；光与物质的共振相互作用的速率方程理论；激光的振荡特性、放大特性及其特性的控制和改善知识。 2. 能力方面的基本要求 通过本科程的学习，培养学生：光学谐振腔分析能力及其初步设计能力；激光器的振荡特性、放大特性的分析能力；激光器特性的控制与改善的初步设计能力。 3. 技能方面的基本要求 通过本课程的学习，使学生获得：光学谐振腔设计的初步技能；激光器特性的控制与改善的初步的理论设计能力。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂中要重点突出对基本概念和基本原理的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导学生主动思考，提高学生的自学能力；鼓励学生参与讨论和课堂发言，调动学生学习的积极性；教学中注意理论联系实际，培养学生的工程意识（创新、实践、安全、标准、竞争、法律和管理等意识）和工程能力（思维、自学、研究、操作和创造能力等）。 2．教学手段：本课程属于专业基础课，在教学中采用电子教案和多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 本教学大纲是根据光电信息科学与工程专业的特点和学科内容要求而制定的,在执行本大纲时应注意以下几点： 1. 在授课过程中要由易到难，循序渐进。重点是物理概念和物理模型的讲解，其次是数学理论与方法的具体应用；
激光原理例题
第四章思考与练习题 1.光学谐振腔的作用。是什么 2.光学谐振腔的构成要素有哪些，各自有哪些作用 3.CO2激光器的腔长L＝1.5m，增益介质折射率n＝1，腔镜反射系数分别为r1＝，r2＝，忽 略其它损耗，求该谐振腔的损耗δ，光子寿命Rτ，Q值和无源腔线宽ν?。 4.证明：下图所示的球面折射的传播矩阵为 ?? ? ? ? ? ? ? - 2 1 2 1 2 1 η η η η η R 。折射率分别为 2 1 ,η η的两介质分界球面半径为R。 5.证明：下图所示的直角全反射棱镜的传播矩阵为 ? ? ? ? ? ? ? ? - - - 1 2 1 η d 。折射率为n的棱镜高d。 6.导出下图中1、2、3光线的传输矩阵。
R 7. 已知两平板的折射系数及厚度分别为n 1，d 1，n 2，d 2。(1)两平板平行放置，相距l ，(2) 两平板紧贴在一起，光线相继垂直通过空气中这两块平行平板的传输矩阵，是什么 8. 光学谐振腔的稳定条件是什么，有没有例外谐振腔稳定条件的推导过程中，只是要求光 线相对于光轴的偏折角小于90度。因此，谐振腔稳定条件是不是一个要求较低的条件，为什么 9. 有两个反射镜，镜面曲率半径，R 1=－50cm ，R 2=100cm ，试问： (1)构成介稳腔的两镜间距多大 (2)构成稳定腔的两镜间距在什么范围 (3)构成非稳腔的两镜间距在什么范围 10. 共焦腔是不是稳定腔，为什么 11. 腔内有其它元件的两镜腔中，除两腔镜外的其余部分所对应传输矩阵元为ABCD ，腔镜 曲率半径为1R 、2R ，证明：稳定性条件为1201g g <<，其中11/g D B R =-；22/g A B R =-。 12. 试求平凹、双凹、凹凸共轴球面镜腔的稳定性条件。 13. 激光器谐振腔由一面曲率半径为1m 的凸面镜和曲率半径为2m 的凹面镜组成，工作物 质长0.5m ，其折射率为，求腔长L 在什么范围内是稳定腔。 14. 如下图所示三镜环形腔，已知l ，试画出其等效透镜序列图，并求球面镜的曲率半径R 在什么范围内该腔是稳定腔。图示环形腔为非共轴球面镜腔，在这种情况下，对于在由光轴组成的平面内传输的子午光线，f = R cos /2，对于在于此垂直的平面内传输的弧矢光线，f = R/(2cos)，为光轴与球面镜法线的夹角。
《量子力学》课程教学大纲
《量子力学》课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：量子力学 所属专业：物理学专业 课程性质：专业基础课 学分：4 （二）课程简介、目标与任务； 课程简介： 量子理论是20世纪物理学取得的两个（相对论和量子理论）最伟大的进展之一，以研究微观物质运动规律为基本出发点建立的量子理论开辟了人 类认识客观世界运动规律的新途径，开创了物理学的新时代。 本课程着重介绍《量子力学》（非相对论）的基本概念、基本原理和基本方法。课程分为两大部分：第一部分主要是讲述量子力学的基本原理（公 设）及表述形式。在此基础上，逐步深入地让学生认识表述原理的数学结构， 如薛定谔波动力学、海森堡矩阵力学以及抽象表述的希尔伯特空间的代数结 构。本部分的主要内容包括：量子状态的描述、力学量的算符、量子力学中 的测量、运动方程和守恒律、量子力学的表述形式、多粒子体系的全同性原 理。第二部分主要是讲述量子力学的基本方法及其应用。在分析清楚各类基 本应用问题的物理内容基础上，掌握量子力学对一些基本问题的处理方法。 本篇主要内容包括：一维定态问题、氢原子问题、微扰方法对外场中的定态 问题和量子跃迁的处理以及弹性散射问题。 课程目标与任务： 1. 掌握微观粒子运动规律、量子力学的基本假设、基本原理和基本方 法。 2．掌握量子力学的基本近似方法及其对相关物理问题的处理。 3．了解量子力学所揭示的互补性认识论及其对人类认识论的贡献。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 本课程需要学生先修《电磁学》、《光学》、《原子物理》、《数学物理方法》和《线性代数》等课程。《电磁学》和《光学》中的麦克斯韦理论最终统一 了光学和电磁学；揭示了任意温度物体都向外辐射电磁波的机制，它是19 世纪末人们研究黑体辐射的基本出发点，对理解本课程中的黑体辐射实验及 紫外灾难由于一定的帮助。《原子物理》中所学习的关于原子结构的经典与 半经典理论及其解释相关实验的困难是导致量子力学发展的主要动机之一。 《数学物理方法》中所学习的复变函数论和微分方程的解法都在量子力学中 有广泛的应用。《线性代数》中的线性空间结构的概念是量子力学希尔伯特 空间的理论基础，对理解本课程中的矩阵力学和表象变换都很有助益。 （四）教材与主要参考书。 [1] 钱伯初, 《理论力学教程》, 高等教育出版社; （教材） [2] 苏汝铿, 《量子力学》, 高等教育出版社; [3] L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Non-relativistic Quantum Mechanics; [4] P. A. M. Dirac, The Principles of Quantum Mechanics, Oxford University Press 1958; 二、课程内容与安排 第一章微观粒子状态的描述 第一节光的波粒二象性 第二节原子结构的玻尔理论 第三节微观粒子的波粒二象性 第四节量子力学的第一公设：波函数 （一）教学方法与学时分配：课堂讲授；6学时 （二）内容及基本要求 主要内容：主要介绍量子力学的实验基础、研究对象和微观粒子的基本特性及其状态描述。 【重点掌握】： 1.量子力学的实验基础：黑体辐射；光电效应；康普顿散射实验；电子晶体衍射
激光原理课程设计
激光原理与技术课程设计 --谐振腔自再现模式特性分析 XXX uestc LD 课程设计任务与要求 ）编程计算图示谐振腔的稳 的关系。可 取R1=∞, R2=∞, l1=250mm, l2=200mm。
（2）计算输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。 （3）取使谐振腔稳定的F值，计算腔内模式半径与z的关系。（4）取不同的l1值和R1值，计算谐振腔的稳定性，输出镜 M2和透镜上的模式半径与光 焦度1/F的关系。
(r0, 0) 2.实验原理分析 1）光焦度与谐振腔稳定性的关系 光学谐振腔的稳定性可以用光线往返一周后的【A B C D】矩阵来描述，根据谐振腔稳定性条件可以判断，当2A+D （）<1 4 时为稳定腔，当2A+D （）>1时为非 4
稳腔，当2A+D （）=1时为临界腔。 4 再用matlab方法作图就可以画出光焦度D与谐振腔稳定 性的关系 2）光焦度与透镜和输出镜作图原理 设腔内五个部分的【A B C D】矩阵分别为 Tr1 Tl1 TF Tl2 Tr2,透镜和输出镜上的传播矩阵分别为
T1=Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2 *Tl2*TF和 T2=Tl2*TF*Tl1*Tr1*Tl1*TF *Tl2*Tr2;利用matlab编程 得到 传播矩阵T1 T2，根据公 式， 用matlab方法作图就可以画出光焦度D与透 镜和输出镜上光斑半径的关系。3）z = w()z w
算输出镜M2和透镜上的模式半 的关系，根据公 式 只要求得光腰半径w0的大小，就可以求出任意处z 的光斑半径大小，而光腰半径w0的大小可以用上述公式逆用求得，根据某一参考面【A B C D 】矩阵，可以求出该处光斑半径，和等相位面的大小，以及相对光腰的位 w()z w =
材料化学硕士教学大纲.doc-西北大学化学与材料科学学院
材料化学专业硕士研究生课程 教学大纲 课程名称：材料化学导论课程编号：0703212X01 学分：3 总学时：54 开课学期：1－2 学期考核方式：笔试＋课程论文课程说明： 本课程是材料化学专业硕士研究生学位课。要求同学以固体结构、用为主线，掌握二元离子晶体和三元典型离子晶体的结构描 述和各类点缺陷，握主要类型电、光和磁功能材料 的结构和性能， 纳米技术。教学内容、要求及学时分配： 01 绪论（4 学时）定义和分类材料科 学中基本化学问题 02 理想晶体的结构（10学时）宏观 特征等径球主要堆积方式 03 缺陷晶体的结构（10学时）两类热 缺陷非化学整比化合物不等价元 素置换固溶体能带理论的概念 04 固体的电学性质与电功能材料（固 体电导率定义Frenkel 导体和 Schottky 导体超导概念和特征参 数压电效应和压电材料 材料与新技术革命 点阵概念 间隙杂质和替代杂质缺陷点缺 陷F- 心双重价态控制半导体 各类 缺陷 的拟化学平衡 10 学时）固体中的离子扩散快离子导 体两类超导体和库柏电子对模 型铁电效应和铁电材料 性能和应掌 了解固体材料的基本制备方法和
05 固体的光性质和光功能材料（8 学时） 光导电和光电转化材料发光材料组固体光吸收的本质发光材料的发光特性 成和发光原理 激光原理和激光材料 06 固体的磁性和磁功能材料（6 学时） 固体的磁性磁化率与温度的关系 磁性材料的分类过渡金属、合金和铁氧体的磁结构 分子磁体及其磁化学 07 纳米材料化学简介（6 学时） 纳米材料的概念、特性及应用主要纳米技术 纳米粉材料、孔材料和纳米碳管材料制备原理和典型示例 教材或主要参考书目： [1]张逢星、李珺编著，《材料化学导论》，西北大学本科讲义，2004 年 [2]张逢星、李珺编译，《无机材料化学》，牛津双语读物，2005 年 [3]苏勉曾，固体化学导论，北京大学出版社，1996 年 [4]唐小真主编，材料化学导论，高等教育出版社，1997 年 （大纲起草人：张逢星大纲审定人：史启祯） 课程名称：功能高分子材料导论 课程编号：0703212X02 学分：3 总学时数：54 开课学期：第1-2 学期 考核方式：笔试 课程说明： 本课程是材料化学专业硕士研究生学位课。功能高分子材料在生态环境保护、信息功能化、生物医用器材、物质分离膜、能量转换和储能技术等工业领域有着极为广泛的应用。本课程的目的是使学生了解和掌握功能高分子材料的基本内容、研究方法、主要研究领域、国内外发展现状及发展趋势。要求学生全面了解和掌握功能高分子材料类型、结构和功能的关系、制备原理及方法，提高研究、开发特种功能高分子材料的能力。
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