华中科技大学2007年硕士生考试大纲(激光原理)

自发辐射受激吸收受激辐射
自发辐射:高能级的原子自发地从(高能级E2)向低能级E1跃迁，同时放出能量为E=hv的光子的现象称为自发辐射。

受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子的刺激作用，（完全吸收）外来光子的能量而跃迁到高能级E2的过程称。

均匀增宽增益饱和
法布里-珀罗标准具法
三反射镜法
（2）单横模的选取（小孔光阑法）
●假如由于某种原因(例如温度升高)使L 伸长，起激光频率由0ν偏至A ν，P ∆与ν∆的位相正好反。

缩短，引起激光频率由0ν偏至B ν，P ∆与ν∆，其结果都是使输出功率P 增加，而且此时外加电压为正弦（电压幅值较小的时候）：01/22I I π≈
+
典型激光器能级特点：。

激光原理考试要点第一章激光的基来源理1.光子的颠簸属性包含什么？动量与波矢的关系？光子的粒子属性包含什么？质量与频次的关系？答：光子的颠簸性包含频次，波矢，偏振等。

粒子性包含能量，动量，质量等。

动量与波矢：质量与频次：2.观点：相格、光子简并度。

答：在六维相空间中，一个光子态对应的相空间体积元为，上述相空间体积元称为相格。

处于同一光子态的光子数称为光子简并度，它拥有以下几种同样含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相关体积内的光子数、处于同一相格内的光子数3.光的自觉辐射、受激辐射爱因斯坦系数的关系答：自觉跃迁爱因斯坦系数：. 受激汲取跃迁爱因斯坦系数： ) 。

受激辐射跃迁爱因斯坦系数：。

关系： ;;为能级的统计权重 ( 简并度 )当时有4.形成稳固激光输出的两个充足条件是起振和稳固振荡。

形成激光的两个必需条件是粒子数反转散布和减少振荡模式数5.激光器由哪几部分构成？简要说明各部分的功能。

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系统。

接收来自泵浦源的能量，对外发射光波并能够激烈发光的活跃状态，也称为激活物质。

泵浦源：供给能量，实现工作物质的粒子数反转。

光学谐振腔： a) 供给轴向光波模的正反应； b) 模式选择，保证激光器单模振荡，进而提升激光器的相关性。

6.自激振荡的条件？答：条件：此中为小信号增益系数：为包含放大器消耗和睦振腔消耗在内的平均消耗系数。

7.简述激光的特色？答：单色性，相关性，方向性和高亮度。

8.激光器分类：固体液体气体半导体染料第二章开放式光腔与高斯光束1.开放式谐振腔依据光束几何偏折消耗的高低，能够分为稳固腔、非稳腔、临界腔。

2.驻波条件，纵模频次间隔答：驻波条件：应知足等式：式中，为平均平面波在腔内来回一周时的相位滞后；为光在真空中的波长；为腔的光学长度；为正整数。

相长干预时与的关系为：或用频次来表示：.纵模频次间隔：不一样的 q 值相应于不一样的纵模。

《激光原理》考试大纲一、基本要求掌握激光器基本结构，掌握激光原理中的基本概念、原理、计算，了解相关激光技术和几种典型激光器特点。

二、考试范围1〉激光的基本原理1．光波模式的概念。

2．理解自发辐射、受激辐射、受激吸收三个过程；三个爱因斯坦系数、跃迁几率的含义。

3．理解集居数反转。

4．激光器三个必要条件。

5．激光的特性。

2〉开放式光腔与高斯光束1.横模与纵模的概念。

2.识别横模图样及表示方法。

3.纵模频率间隔的计算。

4.无源谐振腔的Q值的定义。

5.腔镜反射不完全引起的损耗如何计算。

6.腔的菲涅耳数的概念，它与腔的衍射损耗的关系。

7．共轴球面腔的稳定性条件。

8.一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价关系。

9.稳定球面腔基模高斯光束主要参量的含义及计算: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，共焦参量。

10.了解基模高斯光束振幅的分布规律，等相面在空间的分布规律。

11．模体积的基本概念。

12.高斯光束q参数的含义及表达式，q参数与光斑半径和等相面曲率半径的关系。

13.高斯光束q参数的变换所遵循的规律，利用ABCD法则分析高斯光束的传输和变换问题。

（仅要求在自由空间的变换和经过透镜的变换）14．会计算高斯光束经过透镜变换前后的束腰大小及位置及任意位置光斑的大小。

15．理解高斯光束的聚焦和准直的含义，理解单透镜焦距以及束腰到透镜距离对高斯光束的聚焦与准直效果的影响。

16．了解构成非稳定腔的条件及其特点。

（注：计算题仅限于双反射镜开腔，对环形腔不做要求）3〉谱线加宽和线型函数1．什么是谱线加宽？有哪些加宽的类型，它们各有什么特点？2．线宽和线型函数的概念。

3．了解均匀加宽和非均匀加宽的概念。

掌握洛仑兹线型公式。

4．理解自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的形成机理。

掌握它们各自的线宽的计算。

5．会计算多普勒加宽的表观中心频率和表观中心波长。

6．了解吸收截面、发射截面的概念。

复试大致重点主要有：0 ）· 基础的爱因斯坦关系、模式谱密度和光子态密度的等价性、光子简并度之类的，会论述；会诠释并赞美激光的单色性、方向性、相干性、高亮度。

1 ）· 谐振腔模型，稳定腔非稳腔的几何光学解（传输矩阵）、波动光学解，把那个自再现原理和复曲率半径q彻底搞清楚，有可能出证明题，我们那年考的是非稳腔的q参数，用ABCD矩阵解自再现方程；肯定会出的题是让你画方形镜、圆形镜TEM03、TEM22光斑这类；像束腰半径、发散角、M2之类的肯定要知道。

2 ）均匀、非均匀加宽的机制；非均匀的给你两束已知方向、频率的单色光光让你画烧孔；空间烧孔、模式竞争的论述必考，问你消除空间烧孔的原理（气体分子跑得快，固体用行波，环形腔加隔离器）；综合加宽不用看。

3 ）搞清几个阈值的概念；会画三、四能级的跃迁示意图、默写那堆速率方程组；了解纵模间隔，已知阈值反转粒子数求多少频率能起振；画图解释有源腔中频率牵引的机理。

4 ）极可能考调Q的详细过程、方式；锁模的原理、方式（主动、被动、同步、自锁模）、效果；出单纵模、单横模光的方法；稳频方法，解释兰姆凹陷。

激光器类型上，了解一下CO2、He-Ne、Ar+ 、固体中的Ti：Sapphire的特点就行了。

LD不用看太细，半导体异质结、量子阱之类的知道有这么档子就行了。

染料和光纤的不考。

关键还是捋清概念，问一答十。

课后题不做都行。

(当年我不仅把每章课后题做光了，还搞来20多套卷子做，清华的、华科的、中科院的、南京理工、长春理工的、中国海洋的……坑爹啊，谁知考的这么简单。

) 补充一下：像烧孔、空间烧孔、模式竞争、多纵模振荡、发射截面、兰姆凹陷等等这么重要的概念还需要我强调吗？第一章：为什么强调爱因斯坦关系？注意：电子学频段中，从LC回路到同轴线到闭腔，都是利用金属中的自由电子变速运动来辐射电磁波的，也就是说，自由电子震荡激发的电磁波造成大量电子同步运动，辐射的相干电磁波本身就是同相位的，根本就没遇到不同步的问题；而光子学频段的辐射是来自原子核外的束缚态电子跃迁（自由电子激光器、同步辐射什么的例外），这种辐射是自发的，很难得到原子间的同步振荡。

激光原理部分题答案(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--07级光信息《激光原理》复习提纲简答题1、 简述自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的联系与区别。

（1）受激辐射过程是一种被迫的、受到外界光辐射控制的过程。

没有外来光子的照射，就不可能发生受激辐射。

(2) 受激辐射所产生的光子与外来激励光子属于同一光子状态，具有相同的位相、传播方向和偏振状态。

(3) 激光来自受激辐射，普通光来自自发辐射。

两种光在本质上相同：既是电磁波，又是粒子流，具有波粒二象性；而 不同之处：自发辐射光没有固定的相位关系，为非相干光， 而激光有完全相同的位相关系，为相干光。

(4) 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率决定于受激辐射系数与外来光单色能量密度的乘积。

（5）受激吸收是与受激辐射相反的过程，它的几率与受激辐射几率一样取决于吸收系数和外来光单色辐射能量密度的乘积。

2、二能级系统有无可能通过光泵浦实现稳态粒子数反转（不能，PPT 上有）在光和原子相互作用达到稳定条件下得到 不满足粒子数反转，所以不能实现。

3、简述均匀增宽和非均匀增宽的区别。

（类型，贡献不同ppt 上有）4、简述光谱线增宽类型，它们之间的联系与区别E 1E 2WW W B B ===2112 2112 即当t n B t n B t n A ννd d d 112221221ρρ=+WA W n n +=2112均匀增宽的共同特点引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的 都是光辐射偏离简谐波引起的谱线加宽非均匀增宽的共同特点原子体系中每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，因而可以区分谱线上某一频率范围是由哪一部分原子发射的。

均匀增宽同非均匀增宽的区别是均匀增宽中每一个原子对谱线宽度内任意频率都有贡献，且贡献相同；而非均匀增宽中每一个原子只对其速度所对应的频率有贡献，即不同速度的原子的作用是不同的。

《激光原理与技术》复试大纲一、考试内容和要求第一章激光的基础知识光的波粒二象性概念、光波模式基本概念，黑体辐射原理，受激辐射、受激吸收、自发辐射的过程，条件与特点、爱因斯坦关系式。

激光器的概念，激光振荡的增益条件和光学反馈条件激光光束的特点，常见激光的种类与特性。

第二章光学谐振腔与高斯光束光学谐振开腔的特点，腔损耗的几种描述，光腔稳定性判别原理和方法。

光学开腔衍射积分理论的基本思路、有关物理概念及物理结论一般稳定球面镜腔厄米-高斯模式参数的意义及参数求解非稳定腔的种类，共轭像点（本征模式）与损耗的计算，基横模高斯光束q参数、在线性光学系统中变换的ABCD定律、高阶高斯模式基横模高斯光束的聚焦、准直，高斯光束在稳定球面腔中的的自再现变换。

第三章光与物质的相互作用与激光器的工作特性均匀加宽与非均匀加宽、线型函数，线宽；速率方程，吸收截面、发射截面，均匀与非均匀加宽介质增益系数与增益饱和，饱和光强，烧孔效应激光器的单模振荡与多模振荡；激光器的阈值，脉冲激光器的张持震荡，线宽极限，频率牵引，激光器输出功率第四章激光的调制与偏转振幅调制、频率调制、相位调制、强度调制、脉冲调制的概念。

电光效应、电光相位延迟、体调制器、波导调制器等，强度电光调制器与电光相位调制器的结构与工作原理，电光偏转技术。

弹光效应、声光衍射原理，布喇格衍射及条件、声光调制器结构、工作原理与调制特性，声光扫描器工作原理与特性。

法拉第效应，磁光调制器与光学隔离器的原理与结构；半导体激光器的直接调制原理。

第五章调Q（Q开关）技术调Q的概念与原理，电光晶体调Q原理，单块双45º电光Q开关的结构与工作原理。

声光调Q原理，声光调Q器件的结构与设计。

可饱和吸收染料调Q原理及其应用光纤激光器调Q技术第六章超短脉冲—锁模技术多模激光器输出特性，锁模基本原理及方法。

主动锁模，振幅调制锁模、相位调制锁模，主动锁模激光器结构与设计。

被动锁模的原理及物理过程，碰撞锁模原理。