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激光原理简答题题型归纳

激光原理简答题题型归纳
激光原理简答题题型归纳

一、简答题

1.画出TEM32模的强度花样图。

2.说出增益饱和的物理意义。

3.为什么连续激光器能连续稳定的输出激光?

腔内有其他光学元件的两镜腔中,除两面反射镜外的其余部分的变换矩阵元为A BCD,

腔镜曲率半径为R1和R2,证明该谐振腔的稳定性条件为:

0

其中:g1 = D – B / R1;g2 = A – B / R2

〖激光原理〗三能级系统和四能级系统哪个更易形成激光输出,原理是什么?〖激光原理〗如何实现激光光束的准直?

〖激光原理〗均匀加宽与非均匀加宽的特点是什么?谱线加宽的原因是什么?〖激光原理〗请简述什么是高斯光束q参数,其有何意义?

〖激光原理〗激光谐振腔内的损耗有哪些?用什么参数表示?

2. 简述调Q技术

3. 解释空间烧孔现象

4. 激光3能级与4能级系统有哪些区别

5. 激光的横模是什么?

6. 非均匀加宽和均匀加宽的区别

9. 稳定腔的优缺点?

10. 调Q的原理?怎么实现?有什么作用?

11. 激光有哪些特性,主要有什么应用

12. 非稳腔损耗很大,那是不是不能输出激光,非稳腔的特点之类(就是想让你说出非稳腔的损耗作为输出了)

13. 模体积是什么

14. 解释什么是粒子数反转

18. 解释激光器纵模

19. 解释LASER一词的由来

20. 简述多普勒加宽和兰姆效应。(后来问了保外还是保内,平时时间怎么分配,有没有兴趣读博士)

21. 请说出几种气体激光器及固体激光器的名称。后来又问了关于泵浦的问题

22. 双周期透镜波导与对称共焦腔的关系

23. 调Q原理?Q参数含义?损耗变大,Q参数如何变化?调Q的方法有哪些?

24. 要想提高激光器的输出功率,有哪些措施?

25. 产生激光的两个必要条件光学谐振腔的作用(加问)

26. 什么是稳频技术

27. 非稳腔的优点和缺点

28. 如何选出单纵模?

29. 解释纵模?纵模间隔是多少?

30. 激光器有什么工业应用?为什么能有这样的应用?

31. 所有的激光束都是高斯光束吗?

32. 什么是均匀展宽?

33. 对称共轴球面腔的稳定条件?平凸腔是不是稳定腔?

34. 自激振荡产生的条件?

35. 什么是受激辐射和自发辐射,举出他们实际应用的例子。

36. 什么是受激辐射?(请用量子理论解释)

37. 增益饱和效应是怎么引起的?

38. 大信号增益与小信号增益的区别(激光原理,增益饱合)

39. 什么是锁模?

40. 激光器的三个组成部分和各自的作用?

41. 激光器有哪几种泵浦方式?(固体激光器,气体激光器)什么是频率牵引效应

42. 辐射跃迁和非辐射跃迁有什么不同?

43. 调Q原理,电光调Q的优缺点

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。

华中科技大学激光原理2002-2015历年真题

华科考研激光原理2002--2015真题 2015年(839) 一、简单 1、激光产生的必要条件? 2、激光的四种特性?选择一种说明其用途 3、谐振腔的稳区图,并写明稳定腔和非稳腔的位置 4、四能级系统速率方程和图示 二、共焦腔与一般稳定腔的对应计算 三、行波腔的均匀加宽和多普勒加宽的最大输出功率计算 四 2015激光原理(900) 一、简答题 1、△n 大于0,激光器是否能够产生自激振荡? 2、光学谐振腔的结构和作用 3、共焦腔与一般腔的等价性 4、均匀加宽与非均匀加宽的特点 5、连续激光器从开始振荡到产生稳定输出增益系数的变化情况 6、光学模式以及横模和纵模 二、三能级四能级的本质区别,以及为什么四能级更容易产生粒子数反转

三、三能级能级示意图,速率方程 四、稳定腔,非稳腔,临界腔计算判断(很简单) 五,光线传输矩阵相关的题 2014年 一.解释题 1.描述自然加宽和多普勒加宽的成因,说明他们属于什么加宽类型。(15) 2.描述一般稳定腔和对称共焦腔的等价性。(15) 3.增益饱和在连续激光器稳定输出中起什么作用? 谱线加宽是怎样影响增益饱和特性的?(15) 4.说明三能级系统和四能级系统的本质区别,哪个系统更容易形成粒子数反转,为什么?(15) 二.解答题 1. 一个折射率为η,厚度为d 的介质放在空气中,界面是曲率半径为R 的凹面镜和平面镜。 (1)求光线从空气入射到凹面镜并被凹面镜反射的光线变换矩阵。 (2)求光线从凹面镜进入介质经平面镜反射再从凹面镜射出介质的光线变换矩阵。 (3)求光线从凹面镜进入介质再从平面镜折射出介质的光线变换矩阵。(25) 2. 圆形镜共焦腔的腔长L=1m ,(1)求纵模间隔q υ?,横模间隔m υ?,n υ?. (2)若在增益阈值之上的增益线宽为60Mhz ,问腔内是否可能存在两个以上的纵模震荡,为什么?(25) 3. 虚共焦型非稳腔的腔长L=0.25m ,由凹面镜M1和凸面镜M2组成,M2的曲率半径和直径为m R 12-=,cm a 322=,若M2的尺寸不变,要求从M2单端输出,则M1的尺寸为多少;腔的往返放大率为多少。(20) 4. 某连续行波激光放大器,工作物质属于均匀加宽型,长度是L ,中心频率的小信号增益为m G ,初始光强为0I 中心频率饱和光强为s I ,腔内损耗系数为i α (m i G <<α),试证明有:

激光原理与技术期末总复习

激光原理与技术期末总复习 考试题型 ?一. 填空题(20分) ?二.选择题(30分) ?三.作图和简答题(30分) ?四.计算题(20分) 第一章辐射理论概要与激光产生的条件 1、激光与普通光源相比较的三个主要特点:方向性好,相干性好和亮度高 2、光速、频率和波长三者之间的关系: 线偏振光:如果光矢量始终只沿一个固定方向振动。 3、波面——相位相同的空间各点构成的面 4、平波面——波面是彼此平行的平面,且在无吸收介质中传播时,波的振幅保持不变。 5、单色平波面——具有单一频率的平面波。 6、ε= h v v —光的频率 h —普朗克常数 7、原子的能级和简并度 (1)四个量子数:主量子数n、辅量子数l、磁量子数m和自旋磁量子数ms。 (2)电子具有的量子数不同,表示电子的运动状态不同。 (3)电子能级:电子在原子系统中运动时,可以处在一系列不同的壳层状态活不同的轨道状态,电子在一系列确定的分立状态运动时,相 应地有一系列分立的不连续的能量值,这些能量通常叫做电子的能 级,依次用E1,E2,…..En表示。 基态:原子处于最低的能级状态成为基态。 激发态:能量高于基态的其他能级状态成为激发态。 (4)简并能级:两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级,这样的能级叫做简并能级。 简并度:同一能级所对应的不同电子运动状态的数目,叫做简并 度,用g表示。 8、热平衡状态下,原子数按能级分布服从波耳兹曼定律 (1)处在基态的原子数最多,处于越高的激发能级的原子数越少; (2)能级越高原子数越少,能级越低原子数越多; (3)能级之间的能量间隔很小,粒子数基本相同。 9、跃迁: 粒子由一个能级过渡到另一能级的过程 (1.)辐射跃迁:发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象 ①发射跃迁: 粒子发射一光子ε = hv=E2-E1而由高能级跃迁至低能级; ②吸收跃迁: 粒子吸收一光子ε=hv=E2-E1 而由低能级跃迁至高能级. (2)非辐射跃迁:原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射和吸收,而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量 10、光和物质相互作用的三种基本过程:自发辐射、受激辐射和受激吸收

激光原理简答题(西南科技大学)

光学谐振腔的作用 1、提供正反馈(放大)作用(1)腔镜的反射率(吸收、透射少,反射率大;反之亦然);(2)腔镜的形状及组合方式。 2、控制振荡光束,表现在三个方面(1)控制纵模的数目—光的模式少,光子的简并度高 (2)控制高阶横模—基模光强大、光斑小、发散角小(3)控制各种损耗—在增益一定的条件下,通过控制损耗来控制激光的输出。 横模的形成 a 、谐振腔中稳定的激光等效于任何波面的光通过一系相同列光栏后形成的自再现光场 b 、光栏有衍射,因此在光束的不同位置光将形成干涉叠加,这种稳定的叠加就形成了横模 c 、不同位置稳定场形成的条件不同,故而有不同频率。不同频率的横模的光场有不同的横向分布,它们是重叠在激光腔的同一空间内。 1、损耗的种类 (1)几何损耗:非平行轴的光线,折、反出腔外的损耗。 ① 光腔结构和尺寸影响的损耗;② 横模阶次的高低不同损耗不同。一般,高阶模的损耗大。 (2)衍射损耗:反射镜尺寸有限、腔中有插件,必有衍射。 ① 损耗与菲涅尔数N=a2/Lλ有关,该常数越小,损耗越大。② 与腔的几何结构有关,参数g=1-L/R 越小损耗越大。③ 与横模的阶次有关,阶次越高损耗越大。 (3)腔镜反射不完全引起的损耗 ① 反射镜吸收、散射引起的损耗;②反射镜的部分出射引起的损耗(对固体激光器可达50%) (4)非激活吸收、散射引起的损耗① 腔内加插件引起的损耗 a 、产生偏振光的布儒斯特窗口 b 、提高激光瞬间强输出功率的调Q 元件 c 、各种用途的加载调制元件 ② 非激活介质的吸收、散射 两个相同腔面共振漠视的积分方程 意义 腔内可能存在着得稳定的共振光波场,他们由一个腔面传播到另一个腔面的过程中虽然经受了衍射效应,但这些光波场在两个腔面处得相应振幅分布和相位分布保持不变,亦即共振光波场在腔内多次往返过程中始终保持自洽或自再现的条件。 方形镜共焦腔: 长椭球函数,在N 很大的情况,可以表示成厄米多项式与高斯函数乘积的形式。 圆形镜共焦腔: 超椭球函数,在N 很大的情况,可以表示成拉盖尔多项式与高斯函数乘积的形式。 单程衍射损耗 损耗随着菲涅耳系数N 的增大而迅速减小 菲涅耳系数相同时,不同横模的损耗不同,模的阶次越高,损耗越大; 共焦腔模的损耗要小于平面腔模的损耗,这是因为共焦腔对光束会聚作用的结果。 自再现模的衍射损耗小于均匀平面波的衍射损耗,因为自再现模的形成过程反应了衍射损耗的影响,从而使得边缘部分强度变小,衍射损耗的作用变小。 1 模式的损耗随菲涅耳数N 值的增大而急剧减小; 2 共焦腔损耗<共心腔损耗<平面腔损耗 3 基模的损耗<高阶模的损耗,模阶次越高,损耗越大; 稳定腔的优点:衍射损耗小 稳定腔的缺点:模体积小,利用的反转粒子数少, 平行平面腔的优点:模体积大 平行平面腔的缺点:调节精度很高 一、非稳定腔的优点和缺点: 非稳定腔的优点:大的可控模体积,通过扩大反射镜的尺寸,扩大模的横向尺寸; 可控的衍射耦合输出,输出耦合率与腔的几何参数g 有关;容易鉴别和控制横模; 易于得到单端输出和准直的平行光束。 非稳定腔的缺点:输出光束截面呈环状;光束强度分布是不均匀的,显示出某种衍射环。 高斯光束聚焦的方法(1)采用短焦距透镜,使f 尽量减小;(2)使入射高斯光束腰斑远离透镜焦点,满足: 若使一个稳定腔所产生的高斯光束与另一个稳定腔产生的高斯光束相匹配,需在合适的位置放置一个焦距适当的透镜,使两束高斯光束互为物象共轭光束。该透镜称为模匹配透镜。 f z

《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

不得不看的激光原理试题考试必备

激光原理复习题(页码是按第五版书标注的,黄色底纹的页码是按第六版书标注的) 填空 6424''?= 简答 6636''?= 计算 121527'''+= 论述 11313''?= 1.什么是光波模式和光子态?什么是相格?Page5 答:光波模式(page5):在一个有边界条件限制的空间V 内,只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波。这种能够存在于腔内的驻波(以某一波矢k 为标志)称为光波模式。 光子态(page6):光子在由坐标与动量所支撑的相空间中所处的状态,在相空间中,光子的状态对应于一个相格。 相格(page6):在三维运动情况下,测不准关系为3x y z x y z P P P h ??????≈,故在六位相空间中,一个光子态对应(或 占有)的相空间体积元为3x y z x y z P P P h ??????≈,上述相空间体积元称为相格。 2.如何理解光的相干性?何谓相干时间、相干长度、相干面积和相干体积?Page7 答:光的相干性(page7):在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。 相干时间(page7):光沿传播方向通过相干长度c L 所需的时间,称为相干时间。 相干长度:相干光能产生干涉效应的最大光程差,等于光源发出的光波的波列长度。 ?相干面积: 相干体积(page7):如果在空间体积c V 内各点的光波场都具有明显的相干性,则c V 称为相干体积。 3.何谓光子简并度,有几种相同的含义?激光源的光子简并度与它的相干性什么联系?Page9 答:光子简并度(page9):处于同一光子态的光子数称为光子简并度。 光子简并度有以下几种相同含义(page9):同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。 联系:激光源的光子简并度决定着激光的相干性,光子简并度越高,激光源的相干性越好。 4.什么是黑体辐射?写出Planck 公式,并说明它的物理意义。Page10 答:黑体辐射(page10):当黑体处于某一温度T 的热平衡情况下,它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量,即黑体与辐射场之间应处于能量(热)平衡状态,这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场,这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。 Planck 公式(page10):3 3 811 b h k T h c e ννπνρ= - 物理意义(page10):在单位体积内,频率处于ν附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。 5.描述能级的光学跃迁的三大过程,并写出它们的特征和跃迁几率。Page10 答:(1)自发辐射 过程描述(page10):处于高能级2E 的一个原子自发的向1E 跃迁,并发射一个能量为h ν的光子,这种过程称为自发跃迁,由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。 特征:a) 自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场νρ无关的自发过程,无需外来光。b) 每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元,原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一,所以各列光波频率虽然相同,均为ν,各列光波之间没有固定的相位关系,各有不同的偏振方向,而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播,即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程,所以自发辐射的光是非相干光。 自发跃迁爱因斯坦系数:211 s A τ= (2)受激吸收 过程描述(page12)处于低能态1E 的一个原子,在频率为ν的辐射场作用(激励)下,吸收一个能量为h ν的光子并向2E 能态跃迁,这种过程称为受激吸收跃迁。 特征:a) 只有外来光子能量21h E E ν=-时,才能引起受激辐射。b)跃迁概率不仅与原子性质有关,还与辐射场的νρ有关。 受激吸收跃迁概率(page12):1212v W B ρ=(12B 为受激吸收跃迁爱因斯坦系数,v ρ为辐射场) (3)受激辐射 过程描述(page12):处于上能级2E 的原子在频率为ν的辐射场作用下,跃迁至低能态1E 并辐射一个能量为h ν的光子。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。 特征:a) 只有外来光子能量21h E E ν=-时,才能引起受激辐射;b) 受激辐射所发出的光子与外来光子的频率、传播方向、偏振方向、相位等性质完全相同。 受激辐射跃迁概率:2121v W B ρ=(21B 为受激辐射跃迁爱因斯坦系数,v ρ为辐射场) 6.Einstein 系数有哪些?它们之间的关系是什么?Page13 答:系数(page11-12):自发跃迁爱因斯坦系数21A ,受激吸收跃迁爱因斯坦系数12B ,受激辐射跃迁爱因斯坦系数21B

激光原理简答题整理

1.什么是光波模式? 答:光波模式:在一个有边界条件限制的空间内,只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。这种能够存在于腔内的驻波(以某一波矢为标志)称为光波模式。 2.如何理解光的相干性?何谓相干时间、相干长度? 答:光的相干性:在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。相干时间: 光沿传播方向通过相干长度所需的时间,称为相干时间。相干长度:相干光能产生干涉效应的最大光程差,等于光源发出的光波的波列长度。 3.何谓光子简并度,有几种相同的含义?激光源的光子简并度与它的相干性什么联系? 答:光子简并度:处于同一光子态的光子数称为光子简并度。光子简并度有以下几种相同含义: 同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。联系: 激光源的光子简并度决定着激光的相干性,光子简并度越高,激光源的相干性越好。 4.什么是黑体辐射?写出公式,并说明它的物理意义。 答:黑体辐射:当黑体处于某一温度的热平衡情况下,它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量,即黑体与辐射场之间应处于能量(热)平衡状态,这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场,这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。物理意义:在单位体积内,频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。 5.描述能级的光学跃迁的二大过程,并写出它们的特征和跃迁几率。 答:(1)自发辐射:处于高能级的一个原子自发的向跃迁,并发射一个能量为hv的光子,这种过程称为自发跃迁,由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。 特征:a)自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程,无需外来光。b)每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元,原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一,所以各列光波频率虽然相同,均为V,各列光波之间没有固定的相位关系,各有不同的偏振方向,而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播,即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程,所以自发辐射的光是非相干光。自发跃迁爱因斯坦系数: (2)受激吸收:处于低能态的一个原子,在频率为的辐射场作用(激励)下,吸收一个能量为的光子并向能态跃迁,这种过程称为受激吸收跃迁。 特征:a)只有外来光子能量时,才能引起受激辐射。 b)跃迁概率不仅与原子性质有关,还与辐射场的有关。受激吸收跃迁概率:(为受激吸收跃迁爱因斯坦系数,为辐射场) (3)受激辐射:处于上能级的原子在频率为的辐射场 作用下,跃迁至低能态并辐射一个能量为的光子。 受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。特征:a) 只有外来光子能量时,才能引起受激辐射;b)受激 辐射所发出的光子与外来光子的频率、传播方向、 偏振方向、相位等性质完全相同。受激辐射跃迁概 率:(为受激辐射跃迁爱因斯坦系数,为辐射场) 6.激光器速率方程中的系数有哪些?它们之间的 关系是什么? 答:自发跃迁爱因斯坦系数,受激吸收跃迁爱因斯 坦系数,受激辐射跃迁爱因斯坦系数关系: 7.激光器主要由哪些部分组成?各部分的作用是 什么? 答:激光工作物质:用来实现粒子数反转和产生光的 受激发射作用的物质体系。接收来自泵浦源的能量, 对外发射光波并能够强烈发光的活跃状态,也称为 激活物质。泵浦源:提供能量,实现工作物质的粒子 数反转。光学谐振腔:a)提供轴向光波模的正反馈; b)模式选择,保证激光器单模振荡,从而提高激光 器的相干性。 8.什么是热平衡时能级粒子数的分布?什么是粒 子数反转?如何实现粒子数反转? 答:热平衡时能级粒子数的分布:在物质处于热平衡 状态时,各能级上的原子数(或集居数)服从玻尔 兹曼分布。粒子数反转:使高能级粒子数密度大于低 能级粒子数密度。 如何实现粒子数反转:外界向物质供给能量(称为激 励或泵浦过程),从而使物质处于非平衡状态。 9.如何定义激光增益?什么是小信号增益?大信 号增益?增益饱和? 答??激光增益定义:表示光通过单位长度激活物质 后光强增长的百分数。小信号增益:当光强很弱时, 集居数差值不随z变化,增益系数为一常数,称为 线性增益或小信号增益。大信号增益: 在放大器中 入射光强与(为饱和光强)相比拟时,,为大信号 增益。增益饱和:当光强足够强时,增益系数g也随 着光强的增加而减小,这一现象称为增益饱和效应。 10.什么是自激振荡?产生激光振荡的条件是什 么?答:自激振荡:不管初始光强多么微弱,只要放 大器足够长,就总是形成确定大小的光强,这就是 自激振荡的概念。 产生条件:满足腔的谐振条件,成为腔的梳状模之一; 频率落在工作物质的谱线范围内,即对应增益系数 大于等于阈值增益系数。 11.激光的基本特性是什么? 答:激光四性:单色性、相干性、方向性和高亮度。 这四性可归结为激光具有很高的光子简并度。 12.如何理解激光的空间相干性与方向性?如何 理解激光的时间相干性?如何理解激光的相干光 强? 答:(1)激光的方向性越好,它的空间相干性程度 越高。(2)激光的相干时间和单色性存在着简单关 系,即单色越好,相干时间越长。(3)激光具有很 高的亮度,激光的单色亮度,由于激光具有极好的 方向性和单色性,因而具有极高的光子简并度和单 色亮度。 13.什么是谐振腔的谐振条件?如何计算纵模的 频率、纵模间隔和纵模的数冃? 答:(1)谐振条件:谐振腔内的光要满足相长干涉 条件(也称为驻波条件)。波从某一点出发,经腔 内往返一周再回到原来位置时,应与初始出发波同 相(即相差为的整数倍)。如果以表示均匀平面波 在腔内往返一周时的相位滞后,则可以表示为。A 为光在真空中的波长,L为腔的光学长度,q为正 整数。 (2)如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目、 纵模的频率、纵模间隔: 纵模的数目:对于满足谐振条件频率为的波,其纵 模数目,为小信号增益曲线中大于阈值增益系数的 那部分曲线所对应的频率范围(振荡带宽)。 14.在激光谐振腔中一般有哪些损耗因素,分别与 哪些因素有关? 答:损耗因素:a、几何偏折损耗:与腔的类型、腔 的几何尺寸、模式有关。b、衍射损耗:与腔的菲涅 尔数、腔的几何参数、横模阶次有关。c、腔镜反射 不完全引起的损耗:与腔镜的透射率、反射率有关。 d、材料中的非激活吸收、散射、腔内插入物所引起 的损耗:与介质材料的加工工艺有关。 15.哪些参数可以描述谐振腔的损耗?它们的关 系如何?(P29-31) 答:(1)描述参数:a)平均单程损耗因子:(为初始 光强,为往返一周后光强)b)腔内光子的平均寿命: c)品质因数:⑵去重:腔的损耗越小,平均单程损 耗因子越小,腔内光子的平均寿命越长,品质因数 越大。 16.如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模? 答:开腔镜面上,经过足够多次往返后,能形成这 样一种稳恒场,其分布不再受衍射的影响,在腔内 往返一次能够再现出发时的场分布。这种稳恒场经 一次往返后,唯一可能的变化是,镜面上各点的场 分布按同样的比例衰减,各点的相位发生同样大小 的滞后。把这种开腔镜面上的经一次往返能再现的 稳恒场分布称为开腔的自再现模。 17.求解菲涅尔-基尔霍夫衍射积分方程得到的本 征函数和本征值各代表什么? 答:本征函数:描述腔的一个自再现模式或横模。其 模描述镜面上场的振幅分布,幅角描述镜面上场的 相位分布。本征倌:表示自再现模在渡越一次时的幅 值衰减和相位滞后。其模值量度自再现模在腔内往 返一次的功率损耗,幅角量度自再现模的单程相移, 从而也决定模的谐振频率。

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

激光原理考试基本概念

第一章 1、激光与普通光源相比有三个主要特点:方向性好,相干性好,亮度高。 2、激光主要是光的受激辐射,普通光源主要光的自发辐射。 3、光的一个基本性质就是具有波粒二象性。光波是一种电磁波,是一种横波。 4、常用电磁波在可见光或接近可见光的范围,波长为~30μm,其相应频率为10^15~10^13。 5、具有单一频率的平面波叫作单色平面波,如果频率宽度Δν<

d、ΔS=0,即跃迁时S不能发生改变。 10、大量原子所组成的系统在热平衡状态下,原子数按能级分布服从玻耳兹曼定律。 11、处于高能态的粒子数总是小于处在低能态的粒子数,这是热平衡情况的一般规律。 12、因发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象叫作辐射跃迁,必须满足辐射跃迁选择定则。 13、光与物质的相互作用有三种不同的基本过程:自发辐射,受激辐射,和受激吸收。 14、普通光源中自发辐射起主要作用,激光工作过程中受激辐射起主要作用。 15、与外界无关的、自发进行的辐射称为自发辐射。自发辐射的光是非相干光。 16、能级平均寿命等于自发跃迁几率的倒数。 17、受激辐射的特点是: a、只有外来光子的能量hv=E2-E1时,才能引起受激辐射。 b、受激辐射所发出的的光子与外来光子的特性完全相同(频率相同,相位相同,偏振方向相同,传播方向相同)。 18、受激辐射光子与入射(激励)光子属于同一光子态;受激辐射与入辐射场具有相同的频率、相位、波矢(传播方向)和偏振,是相干的。 19、自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身,而受激辐射的跃迁几

激光原理复习知识点

一 名词解释 1. 损耗系数及振荡条件: 0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内 的平均损耗系数。 2. 线型函数:引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~ = ,线型函数的单位是S ,括号中的0v 表示线型函数的中心频率,且有 ?+∞∞-=1),(g 0~v v ,并在0v 加减2v ?时下降至最大值的一半。按上式定义的v ?称为谱线宽度。 3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 4. 纵模竞争效应:在均匀加宽激光器中,几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争,结果总是 靠近中心频率0v 的一个纵模得胜,形成稳定振荡,其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路,还是光频谐振腔,都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。定义 p v P w Q ξπξ 2==。ξ为储存在腔内的总能量,p 为单位时间内损耗的总能量。v 为腔内电磁场 的振荡频率。 6. 兰姆凹陷:单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线,在单模频率等于0的时候有一凹陷,称作兰 姆凹陷。 7. 锁模:一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施,总是得到多纵模输出,并且由于空间烧 孔效应,均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模,但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定,并具有确定的相位关系,则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8. 光波模:在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在,但在一个有边界条件限制的空间V 内,只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9. 注入锁定:用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中,控制一个强激光器输出光束的 光谱特性及空间特性的锁定现象。(分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定)。 10. 谱线加宽:实际中的谱线加宽由于各种情况的影响,自发辐射并不是单色的,而是分布在中心频率 /)(12E E -附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 11. 频率牵引:在有源腔中,由于增益物质的色散,使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率,这 种现象叫频率牵引。 12. 自发辐射:处于高能级E2的一个原子自发的向E1跃迁,并产生一个能量为hv的光子 13. 受及辐射:处于高能级E2的一个原子在频率为v的辐射场作用下,向E1跃迁,并产生一个能量 为hv的光子 14. 激光器的组成部分:谐振器,工作物质,泵浦源 15. 腔的模式:将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 16. 光子简并度:处于同一光子态的光子数。含义:同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积 内的光子数、处于同一相格内的光子数 17. 激光的特性:1.方向性好,最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好 18. 粒子数反转:在外界激励下,物质处于非平衡状态,使得n2>n1 19. 增益系数:光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数 20. 增益饱和:在抽运速率一定的条件下,当入射光的光强很弱时,增益系数是一个常数;当入射光的 光强增大到一定程度后,增益系数随光强的增大而减小。 21. Q 值:是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标——品质因数。 22. 纵模:在腔的横截面内场分布是均匀的,而沿腔的轴线方向即纵向形成驻波,驻波的波节数由q 决 定将这种由整数q 所表征的腔内纵向场分布称为纵模 23. 横模:腔内垂直于光轴的横截面内的场分布称为横模 24. 菲涅尔数:N,即从一个镜面中心看到另一个镜面上可划分的菲涅尔半波带的数目。表征损耗的大小。 衍射损耗与N 成反比。

激光原理试卷

激光原理试卷

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( ) 20 201012104 (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 (3 1v 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

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、

激光原理考试基本概念

激光原理考试基本概念 https://www.wendangku.net/doc/c717440469.html,work Information Technology Company.2020YEAR

第一章 1、激光与普通光源相比有三个主要特点:方向性好,相干性好,亮度高。 2、激光主要是光的受激辐射,普通光源主要光的自发辐射。 3、光的一个基本性质就是具有波粒二象性。光波是一种电磁波,是一种横波。 4、常用电磁波在可见光或接近可见光的范围,波长为0.3~30μm,其相应频率为10^15~10^13。 5、具有单一频率的平面波叫作单色平面波,如果频率宽度Δν<

c、ΔL=0,±1(L=0→L=0除外); d、ΔS=0,即跃迁时S不能发生改变。 10、大量原子所组成的系统在热平衡状态下,原子数按能级分布服从玻耳兹曼定律。 11、处于高能态的粒子数总是小于处在低能态的粒子数,这是热平衡情况的一般规律。 12、因发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象叫作辐射跃迁,必须满足辐射跃迁选择定则。 13、光与物质的相互作用有三种不同的基本过程:自发辐射,受激辐射,和受激吸收。 14、普通光源中自发辐射起主要作用,激光工作过程中受激辐射起主要作用。 15、与外界无关的、自发进行的辐射称为自发辐射。自发辐射的光是非相干光。 16、能级平均寿命等于自发跃迁几率的倒数。 17、受激辐射的特点是: a、只有外来光子的能量hv=E2-E1时,才能引起受激辐射。 b、受激辐射所发出的的光子与外来光子的特性完全相同(频率相同,相位相同,偏振方向相同,传播方向相同)。 18、受激辐射光子与入射(激励)光子属于同一光子态;受激辐射与入辐射场具有相同的频率、相位、波矢(传播方向)和偏振,是相干的。

激光原理复习题重点难点

《激光原理》复习 第一部分知识点 第一章激光的基本原理 1、自发辐射受激辐射受激吸收的概念及相互关系 2、激光器的主要组成部分有哪些?各个部分的基本作用。激光器有哪些类型?如何对激光器进行分类。 3、什么是光波模式和光子状态?光波模式、光子状态和光子的相格空间是同一概念吗?何谓光子的简并度? 4、如何理解光的相干性?何谓相干时间,相干长度?如何理解激光的空间相干性与方向性,如何理解激光的时间相干性?如何理解激光的相干光强? 5、EINSTEIN系数和EINSTEIN关系的物理意义是什么?如何推导出EINSTEIN 关系? 4、产生激光的必要条件是什么?热平衡时粒子数的分布规律是什么? 5、什么是粒子数反转,如何实现粒子数反转? 6、如何定义激光增益,什么是小信号增益?什么是增益饱和? 7、什么是自激振荡?产生激光振荡的基本条件是什么? 8、如何理解激光横模、纵模? 第二章开放式光腔与高斯光束 1、描述激光谐振腔和激光镜片的类型?什么是谐振腔的谐振条件? 2、如何计算纵模的频率、纵模间隔? 3、如何理解无源谐振腔的损耗和Q值?在激光谐振腔中有哪些损耗因素?什么是腔的菲涅耳数,它与腔的损耗有什么关系? 4、写出(1)光束在自由空间的传播;(2)薄透镜变换;(3)凹面镜反射 5、什么是激光谐振腔的稳定性条件? 6、什么是自再现模,自再现模是如何形成的? 7、画出圆形镜谐振腔和方形镜谐振腔前几个模式的光场分布图,并说明意义 8、基模高斯光束的主要参量:束腰光斑的大小,束腰光斑的位置,镜面上光斑的大小?任意位置激光光斑的大小?等相位面曲率半径,光束的远场发散角,模体积 9、如何理解一般稳定球面腔与共焦腔的等价性?如何计算一般稳定球面腔中高斯光束的特征 10、高斯光束的特征参数?q参数的定义? 11、如何用ABCD方法来变换高斯光束? 12、非稳定腔与稳定腔的区别是什么?判断哪些是非稳定腔。 第三章电磁场与物质的共振相互作用 1、什么是谱线加宽?有哪些加宽的类型,它们的特点是什么?如何定义线宽和线型函数?什么是均匀加宽和非均匀加宽?它们各自的线型函数是什么? 2、自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽与哪些因素有关? 3、光学跃迁的速率方程,并考虑连续谱和单色谱光场与物质的作用和工作物质的线型函数。 4、画出激光三能级和四能级系统图,描述相关能级粒子的激发和去激发过程。建立相应能级系统的速率方程。 5、说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理。 6、描述非均匀加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效应”,并说明它们的原理。

(完整版)激光原理期末知识点总复习材料,推荐文档

激光原理期末知识点总复习材料 2.激光特性:单色性、方向性、相干性、高亮度 3.光和物质的三种相互作用:自发辐射,受激吸收,受激辐射 4.处于能级u 的原子在光的激发下以几率 向能级 1跃迁,并发射1个与入射光子全同的光子,Bul 为受激辐射系数。 5.自发辐射是非相干的。受激辐射与入射场具有相同的频率、相位和偏振态,并沿相同方 向传播,因而具有良好的相干性。 6.爱因斯坦辐射系数是一些只取决于原子性质而与辐射场无关的量,且三者之间存在一定 联系。7.产生激光的必要条件:工作物质处于粒子数反转分布状态 8.产生激光的充分条件:在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强Is 9.谱线加宽特性通常用I 中频率处于ν~ν+d ν的部分为 I(ν)d ν,则线型函数定义为线型函数满足归一化条件: 10.的简化形式。11. 四能级比三能级好的原因:更容易形成粒子数反转 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-???? ??-==++++-=++-???? ? ?--=+-=021112203213030010103232121202111222313230303,,ρul ul B W =1 )(=?∞ ∞-ννd g 1 21212)(-+=S A τ建议收藏下载本文,以便随时学习!

12 E 2 1 12.13.14.15.程的本征函数和本征值。研究方法:①几何光学分析方法②矩阵光学分析方法③波动光学 分析方法。处于运转状态的激光器的谐振腔都是存在增益介质的有源腔。 16.腔模沿腔轴线方向的稳定场分布称为谐振腔的纵模,在垂直于腔轴的横截面内的稳定场 分布称为谐振腔的横模。 17. 腔长和折射率越小,纵模间隔越大。对于给定的光腔,纵模间隔为常数,腔的纵模在频率尺上是等距排列的 不同的横模用横模序数m,n 描述。对于方形镜谐振腔这种轴对称系统来说,m,n 分别表示 沿腔镜面直角坐标系的水平和垂直坐标轴的光场节线数。对于圆形镜谐振腔这种旋转对称 系统来说,m,n 分别表示沿腔镜面极坐标系的角向和径向的光场节线数。 18. 腔内光子的平均寿命就等于腔的时间常数。 19. δ:平均单程损耗因子,τR :腔的时间常数,Q :品质因数,三个量都与腔的损耗有 20. 21.共轴球面腔的稳定性条件: 当g 1g 2=0或1时是临界腔,当g 1g 2>1或<0时是非稳定腔。 22.所谓自再现模就是这样一种稳定场分布,其在腔内渡越一次后,除振幅衰减和相位滞后 外,场的相对分布保持不变。

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