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激光技术蓝信钜课后答案

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激光原理与激光技术思考题及习题集与解答

激光原理与激光技术思考题及习题集与解答

《激光原理与激光技术》习题解答参考钟先琼成都信息工程学院光电技术系2008年6月第一章一、填空题1、处于同一光子态的光子数同态光子数、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。

2、自发辐射跃迁、受激吸收跃迁、受激辐射跃迁，自发辐射跃迁，受激吸收跃迁和受激辐射跃迁。

3、高的单色性、高的方向性、高的相干性、高的亮度；高的光子简并度。

3、玻色-爱因斯坦，没有。

4、选择模式和实现光的正反馈。

5、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 泵浦激励热平衡集居数反转状态6、吸收7、难二、判断题1、×2、×3、√4、×5、×6、×7、×8、×9、√ 10、√三、名词解释1、处于同一光子态内的光子数，与之等效的含义还有：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。

2、若21f f =时，满足：12n n >；21f f ≠时，满足：12112>f n f n ，此时称为满足集居数反转状态，是实现光放大的条件。

3、测不准关系表明：微观粒子的坐标和动量不能同时确定，在三维运动情况下，测不准关系为3h P P P z y x z y x ≈∆∆∆∆∆∆，故在六维相空间中，一个光子态占有的相空间体积为3h P P P z y x z y x ≈∆∆∆∆∆∆，上述相空间体积元称为相格。

第二章一、填空题1、几何偏折损耗、衍射损耗、腔镜反射不完全引起的损耗、材料非激活吸收、散射、腔内插入物引起的损耗。

几何偏折损耗、衍射损耗，选择，腔镜反射不完全引起的损耗、材料非激活吸收、散射、腔内插入物引起的损耗，非选择2、平均单程损耗因子、光子在腔内的平均寿命、无源腔的Q值3、稳定腔、非稳腔、临界腔。

非稳腔，非稳腔。

临界、临界、临界。

对称共焦。

激光技术原理及应用的答案

激光技术原理及应用的答案

激光技术原理及应用的答案激光技术原理激光（Laser）是指在受激辐射作用下产生的，具有高度一致性、单色性和方向性的光线。

它的原理基于激活物质（如气体、固体或液体）的原子或分子通过受激辐射释放出光子。

具体来说，激光技术原理包括以下几个方面：1.受激辐射：激光的原理是基于受激辐射过程。

当外界光或电子束等能量激发到激光介质中的原子或分子时，它们会处于高能级态，然后通过跃迁回到低能级态，同时发射出与入射能量一致的光子。

2.光放大：在激光器中，激光介质中的光子会与待激发的原子或分子作用，导致原子或分子处于高能级态。

通过引入一个辐射源，其能量很容易被激光介质吸收并转化为更多的光子，从而达到放大激光的效果。

3.光反馈：在激光器中，光放大过程可以被反馈回来，形成一个光学谐振腔。

这个腔体包含一个完全或部分反射镜和一个输出镜。

放大的光通过反射镜反射回来，然后经过多次反射和放大，在腔中形成更多的激光。

4.单色性：激光的光子是高度一致的，它们具有非常狭窄而单一的频率。

这是因为激光器中的光放大过程只允许某个特定的模式在腔中持续放大，其他模式的能量会很快耗散掉。

激光技术应用激光技术由于其独特的特性，在许多领域都有着广泛的应用。

以下是一些常见的激光技术应用：1.激光切割和焊接：激光切割和焊接技术在工业生产中得到了广泛应用。

激光切割可以实现高精度、高速度和无接触的材料切割，适用于金属、塑料和木材等材料。

激光焊接则可以实现高强度的焊接连接，适用于汽车制造和电子设备制造等领域。

2.激光医学：激光在医学领域具有重要应用。

例如，激光手术可以实现无创伤、高精度和快速的手术操作，适用于眼科、皮肤美容和神经外科等领域。

激光也可以用于医学成像，如激光扫描显微镜和激光共聚焦显微镜。

3.激光测距和测量：激光测距和测量技术广泛应用于工程和地理测量领域。

例如，激光测距仪可以测量远距离和高精度的距离，适用于建筑测量和地形测绘。

激光测量仪也可以测量物体的尺寸、形状和表面特征。

激光技术--蓝信巨讲解

激光技术--蓝信巨讲解

第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案2．在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1／4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳?（2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化?答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。

此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V1/4的固定偏压(Ex’和Ey’的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点上。

（2）. 若旋转1／4波片，会导致Ex’和Ey’的附加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏置也不再是V1/4。

当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。

3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z切割的KDP晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。

试问：(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x和y轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm，n。

＝1.51，γ63＝23.6×10—12m／V，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。

解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x和y轴逐块旋转90安置，z轴方向一致（如下图）， x x z zx x z z y y y y(2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为：11λ10.628⨯10-6Vλ=Vλ=⨯3=⨯=966 v 3-124242n0γ6342⨯1.51⨯23.6⨯102'而单块晶体得半波电压为：λ0.628⨯10-6Vλ=3==3864 v 3-122n0γ632⨯1.51⨯23.6⨯102与前者相差4倍。

4．试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。

a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。

激光加工工艺设计学习通课后章节答案期末考试题库2023年

激光加工工艺设计学习通课后章节答案期末考试题库2023年

激光加工工艺设计学习通课后章节答案期末考试题库2023年1.激光焊接中辅助气体的作用有参考答案:驱除等离子体###保护焊缝2.从功率的角度来分析，造成底部的牵引线有很大的偏移，底部的切口更宽的原因是参考答案:激光功率太低3.激光切割中辅助气体的作用有参考答案:保护聚焦镜不受污染###驱除熔渣###冷却割缝4.激光加工中心打标软件的尺寸工具列可对物件进行如下操参考答案:旋转###缩放###位移###倾斜5.在实际生产中,无论是什么样的加工方法,最终的加工质量都会受到各种因素的影响。

参考答案:对6.功率密度过高会造成材料的气化，热传导激光焊接功率密度的范围在104～105 W /cm2 。

参考答案:对7.激光加工中心打标软件可直接调入的图形格式有参考答案:PLT###JPG###DXF###JEPG8.在激光切割中，下列情况需要设置辅助切割路径参考答案:拐角处###工件轮廓精度要求高9.固体激光器只能加工金属材料，气体激光器则只能加工非金属材料。

参考答案:错10.光纤激光器通过光纤导出,使机械系统的设计变得非常简单,非常容易与机器人或多维工作台集成。

参考答案:对11.激光切割无需考虑材料的硬度。

参考答案:对12.焦平面在工件上方为正离焦，焦平面在工件下方为负离焦。

参考答案:对13.激光脉冲波形对激光焊接无作用参考答案:错14.一般大功率CO2激光切割工业应用中广泛采用127~190mm的焦距。

实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。

参考答案:对15.激光可焊接难熔材料，并能对异性材料施焊。

参考答案:对16.激光在焊接过程可以在空气环境中进行，因此保护气体在激光焊接中可有可无。

参考答案:错17.飞秒激光与钢箔相互作用时,主要通过光子、电子、原子以及晶格之间的热传递完成钢箔的烧蚀。

参考答案:对18.激光脉冲宽度由熔深及热影响因素决定的。

参考答案:对19.与其他材料相比,铜的切割需要更大的输出功率。

参考答案:对20.当在薄板上高速切割时,建议使用圆孔成角法切割尖角。

激光原理与激光技术课后习题问题详解完整版及勘误表

激光原理与激光技术课后习题问题详解完整版及勘误表

激光原理与激光技术习题答案《激光原理与激光技术》堪误表见下方习题一(1)为使氦氖激光器的相干长度达到1m ，它的单色性∆λ/λ应为多大？解： 10101032861000106328--⨯=⨯=λ=λλ∆=.L R c(2) λ=5000Å的光子单色性∆λ/λ=10-7，求此光子的位置不确定量∆x解： λ=h p λ∆λ=∆2h p h p x =∆∆ m R p h x 5101050007102=⨯=λ=λ∆λ=∆=∆--(3)CO 2激光器的腔长L=100cm ，反射镜直径D=1.5cm ，两镜的光强反射系数分别为r 1=0.985,r 2=0.8。

求由衍射损耗及输出损耗分别引起的δ、τc 、Q 、∆νc (设n=1)解： 衍射损耗: 1880107501106102262.).(.a L =⨯⨯⨯=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-⨯=⨯⨯=δ=τ 686810113107511061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q cMHz .Hz ...c c 19101910751143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆- 输出损耗: 1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ 686810964107821061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 75107510782143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆-(4)有一个谐振腔，腔长L=1m ，两个反射镜中，一个全反，一个半反，半反镜反射系数r=0.99，求在1500MHz 的围所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗)解： MHz Hz .L c q 150105112103288=⨯=⨯⨯==ν∆ 11]11501500[]1[=+=+ν∆ν∆=∆q q005.0201.02===T δs c L c 781067.6103005.01-⨯=⨯⨯==δτ MHz cc 24.01067.614.321217=⨯⨯⨯==-πτν∆(5) 某固体激光器的腔长为45cm ，介质长30cm ，折射率n=1.5，设此腔总的单程损耗率0.01π，求此激光器的无源腔本征纵模的模式线宽。

激光原理部分课后习题答案

激光原理部分课后习题答案

µ
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练习： 思考练习题2第 题 练习： （思考练习题 第9题）.
第 二 章
§ 2 4 非 均 匀 增 宽 型 介 质 的 增 益 系 数 和 增 益 饱 和 .
连 续 激 光 器 的 原 理
µ hν 0 f (ν 0 ) πc∆ν c I s (ν 0 ) = hν 0 σ e (ν 0 ) ⇒ I s (ν 0 ) = 2 µτ σ e (ν ) = ⇒ ∆n σ e (ν 0 )τ 2 µ f (ν 0 ) = G (ν ) = ∆nB21 hνf (ν ) π∆ν c hν 0 （2） I s (ν 0 ) = σ e (ν 0 )τ ⇒ 2 c f (ν 0 ) σ e (ν 0 ) = 2 8πν 0 µ 2τ hν 0 4π 2 hcµ 2 ∆ν I s (ν 0 ) = = = 3.213 × 10 5 W / cm 2 σ e (ν 0 )τ λ3 上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 二 章
§ 2 4 非 均 匀 增 宽 型 介 质 的 增 益 系 数 和 增 益 饱 和 .
练习： 思考练习题2第 题 练习： （思考练习题 第6题）. 推导均匀增宽型介质，在光强I，频率为ν的光波作 用下，增益系数的表达式(2-19)。
∆ν 2 0 ) ]G (ν ) G (ν ) 2 = G (ν ) = I f (ν ) I ∆ν 2 1+ (ν − ν 0 ) 2 + (1 + )( ) I s f (ν 0 ) Is 2
.
I ( z ) = I ( 0) e
− Az
I ( z) 1 − 0.01⋅100 ⇒ =e = = 0.368 I ( 0) e

第一章 激光基本原理--Part1

第一章 激光基本原理--Part1

• 在物质与辐射场的相互作用中，构成物质的原子 或分子可以在光子的激励下产生光子的受激发射 或吸收。 • 粒子数反转：能利用受激发射实现光放大 • 受激辐射光子与激励光子具有相同的频率、方向、 相位、偏振态，是相干光。
Einstein
1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受 激辐射，这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢 原子光谱研究方面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖； "for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum" 1950年，Kastler提出了光学泵浦的方法，两年后该方法被实 现。他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而 获得诺贝尔奖。 "for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms"
1966年研制成了固体锁模激光器获得了超短脉冲。 1970年研制成了准分子激光器。 1977年研制成了红外波段的自由电子激光器 （FEL） 1984年研制出光孤子激光器（SL） 美国电话电报公司贝尔实验室的研究人员于1992年研 制出当时世界上最小的固体激光器，它在扫描电子显微 镜下看起来就像一个个微型图钉，其直径只有 2 至 10 微 米。在一个大头针的针头上，可以装下1万个这样的新型 半导体激光器。
DARPA built the megawatt-class Alpha HF chemical laser during the 1980s
An electron-beam pumped ArF laser experiment at Sandia National Laboratories (1975, Courtesy Sandia National Labs)

激光原理课后习题答案

激光原理课后习题答案

《激光原理》习题解答第一章习题解答1 为了使氦氖激光器的相干长度达到1KM ，它的单色性0λλ∆应为多少？解答：设相干时间为τ，则相干长度为光速与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ根据相干时间和谱线宽度的关系cL c ==∆τν1又因为γνλλ∆=∆，0λνc=，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式： 单色性=ννλλ∆=∆=c L 0λ=101210328.61018.632-⨯=⨯nmnm解答完毕。

2 如果激光器和微波激射器分别在10μｍ、500nm 和Z MH 3000=γ输出1瓦连续功率，问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少。

解答：功率是单位时间内输出的能量，因此，我们设在dt 时间内输出的能量为dE ，则 功率=dE/dt激光或微波激射器输出的能量就是电磁波与普朗克常数的乘积，即d νnh E =，其中n 为dt 时间内输出的光子数目，这些光子数就等于腔内处在高能级的激发粒子在dt 时间辐射跃迁到低能级的数目（能级间的频率为ν）。

由以上分析可以得到如下的形式：ννh dth dE n ⨯==功率 每秒钟发射的光子数目为：N=n/dt,带入上式，得到：()()()13410626.61--⨯⋅⨯====s s J h dt n N s J νν功率每秒钟发射的光子数根据题中给出的数据可知：z H mms c13618111031010103⨯=⨯⨯==--λν z H mms c1591822105.110500103⨯=⨯⨯==--λν z H 63103000⨯=ν把三个数据带入，得到如下结果：19110031.5⨯=N ，182105.2⨯=N ，23310031.5⨯=N3 设一对激光能级为E1和E2（f1=f2），相应的频率为ν（波长为λ），能级上的粒子数密度分别为n2和n1，求(a)当ν=3000兆赫兹，T=300K 的时候，n2/n1=? (b)当λ=1μm ，T=300K 的时候，n2/n1=? (c)当λ=1μm ，n2/n1=0.1时，温度T=？解答:在热平衡下，能级的粒子数按波尔兹曼统计分布，即：TK E E T k h f f n n b b )(expexp 121212--=-=ν（统计权重21f f =） 其中1231038062.1--⨯=JK k b为波尔兹曼常数，T 为热力学温度。

激光原理与技术 课后习题答案试题

激光原理与技术 课后习题答案试题

1 为了使氦氖激光器的相干长度达到1KM ，它的单色性0λλ∆应为多少？解答：设相干时间为τ，则相干长度为光速与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ根据相干时间和谱线宽度的关系 cL c ==∆τν1又因为γνλλ∆=∆，00λνc=，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式： 单色性=ννλλ∆=∆=cL 0λ=101210328.61018.632-⨯=⨯nmnm 8 一质地均匀的材料对光的吸收系数为101.0-mm ，光通过10cm 长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几？如果一束光通过长度为1M 地均匀激励的工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。

解答：设进入材料前的光强为0I ，经过z 距离后的光强为()z I ，根据损耗系数()()z I dz z dI 1⨯-=α的定义，可以得到： ()()z I z I α-=ex p 0则出射光强与入射光强的百分比为：()()()%8.36%100%100ex p %10010001.001=⨯=⨯-=⨯=⨯--mm mm z e z I z I k α 根据小信号增益系数的概念：()()z I dz z dI g 1⨯=，在小信号增益的情况下， 上式可通过积分得到()()()()14000000001093.610002ln lnln exp exp --⨯====⇒=⇒=⇒=mm z I z I g I z I z g I z I z g z g I z I1．试利用往返矩阵证明共焦腔为稳定腔，即任意傍轴光线在其中可以往返无限多次，而且两次往返即自行闭合。

证：设光线在球面镜腔内的往返情况如下图所示：其往返矩阵为：由于是共焦腔，有12R R L ==往返矩阵变为若光线在腔内往返两次，有可以看出，光线在腔内往返两次的变换矩阵为单位阵，所以光线两次往返即自行闭合。

于是光线在腔内往返任意多次均不会溢出腔外，所以共焦腔为稳定腔。

激光技术--蓝信巨答案

激光技术--蓝信巨答案

激光技术--蓝信巨答案
激光技术是指利用激光器产生的激光，通过光学设备进行精确控制和操作的技术。

激光技术具有相干性强、聚束度高、能量密度大等特点，被广泛应用于制造业、医疗、通信、安全等领域。

1. 制造业：激光加工技术可以实现精密切割、打孔、焊接等加工操作，应用于电子、汽车、航空等行业。

同时，激光打标技术也成为商品防伪的重要手段。

2. 医疗领域：激光手术技术可以实现非侵入式手术，减少手术对患者的创伤和痛苦，应用于皮肤、眼科、牙科等多个医学领域。

3. 通信领域：激光通信技术可以实现高速、大容量的信息传输，应用于卫星通信、城市通信等领域。

4. 安全领域：激光雷达技术可以实现精准探测，应用于交通、安防等领域。

综上所述，激光技术在众多领域拥有广泛的应用前景，是一项高新技术的代表。

激光原理与技术习题答案

激光原理与技术习题答案

激光原理与技术习题答案激光原理与技术习题答案激光（Laser）是一种高度聚焦的、高能量密度的光束，具有独特的性质和广泛的应用。

激光技术已经渗透到我们生活的方方面面，从医疗、通信到制造业等各个领域都有着重要的作用。

了解激光原理与技术的基本知识是理解和应用激光的关键。

在这篇文章中，我们将回答一些与激光原理与技术相关的习题，帮助读者更好地理解这一领域。

1. 什么是激光？激光是一种由高度聚焦的、高能量密度的光束组成的光。

与普通光不同，激光具有高度单色性、相干性和方向性。

这些特性使得激光在许多应用中都具有独特的优势。

2. 激光的产生原理是什么？激光的产生是通过受激辐射的过程实现的。

这个过程包括在一个光学谐振腔中，通过激活物质的受激辐射，将能量从激活态转移到基态，从而产生激光。

3. 激光的三个基本特性是什么？激光具有三个基本特性，即单色性、相干性和方向性。

单色性指的是激光的波长非常狭窄，只有一个特定的波长。

相干性表示激光的光波是同相位的，可以形成干涉和衍射现象。

方向性意味着激光是高度定向的，光束非常集中，能够远距离传输。

4. 激光的应用领域有哪些？激光在许多领域都有广泛的应用。

在医疗领域，激光可以用于手术、皮肤治疗和眼科手术等。

在通信领域，激光可以用于光纤通信和激光雷达等。

在制造业中，激光可以用于切割、焊接和打标等。

此外，激光还可以应用于科学研究、军事和娱乐等领域。

5. 激光的安全性问题如何解决？激光的高能量密度使得它具有一定的危险性。

为了确保激光的安全使用，需要采取一系列的安全措施。

例如，使用激光的场所应该配备相应的防护设备，操作人员需要接受专业培训，并且需要遵守相关的安全规定。

6. 激光的波长对其应用有何影响？激光的波长对其应用有重要影响。

不同波长的激光在不同的材料中有不同的作用。

例如，红光激光适用于眼科手术，而紫外光激光则适用于微电子制造。

因此，根据具体的应用需求选择适合的激光波长非常重要。

7. 激光的技术发展趋势是什么？随着科学技术的不断进步，激光技术也在不断发展。

激光原理与技术习题解答

激光原理与技术习题解答

1 x θ = − 2 R 1
0 1 1 L 2 1 0 1 − R2
x θ = M
0 1 L2 1 0 1 L1 x1 1 0 1 0 1 0 1 θ1
1.2 （1）一质地均匀的材料对光的吸收为 ）一质地均匀的材料对光的吸收为0.01 mm-1，光通过长 光通过长10cm的材料后，出射光强为入射 的材料后， 的材料后 光强的百分之几？（ ？（2）一光束通过长度为1m的 光强的百分之几？（ ）一光束通过长度为 的 均匀激活的工作物质， 均匀激活的工作物质，如果出射光强是入射光强 的两倍，试求该物质的增益系数？ 的两倍，试求该物质的增益系数？ 解：（1） ：（ ）
M = 2 g1 g 2 + 2 g1 g 2 ( g1 g 2 − 1) − 1 = 3.472
m1 = m2 = m
δ1→2
M = m 2 = 3.472
1 = δ 2→1 = 1 − = 71.2% M
1 = 91.7% 2 M
δ 往返 = 1 −
2.35 考虑一虚共焦非稳定腔，工作波长 考虑一虚共焦非稳定腔，工作波长λ= 1.06µm，腔长 ，腔长L=0.3m，等效菲涅耳数 eq=0.5， ，等效菲涅耳数N ， 往返损耗率δ= 往返损耗率 0.5，试求单端输出时，镜M1和M2 ，试求单端输出时， 的半径和曲率半径。 的半径和曲率半径。 解：
1 δ = 1 − 2 = 0.5 M
2 M −1 a N eq = 2 Lλ
M= 2
a为输出端半径 为输出端半径
a=
2 N eq Lλ M −1
= 8.74 × 10−4 m

激光原理与技术习题解答-文档资料

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解：
0
L(
R
L)
2
(2
R
L)
1/
4
(2R 2L)2
2 (2RL
4 2
L2
)
1/
4
4.65104 m
1 2
L
R2(R L)
1/ 4
L(R
L)(2R
L)
R2 L2 2
2 (2RL L2 )
1/ 4
4.98 104
m
2.28 设对称双凸非稳定腔的腔长L=1m，腔镜 的曲率半径R=-5m，试求单程和往返功率损耗率。
解：
1
1 M2
0.5
N eq
M 1 2
a2
L
M 2
a为输出端半径
a 2NeqL 8.74104 m
M 1
L R1 R2 22
M R1 R2
R1 2.05m R2 1.45m
复习提纲
氦氖激光器的能级图；谱线竞争；工作的激发原理； 举出几种可调谐激光器；染料激光器的三重态影响以及如 何克服？ 调Q和锁模技术的基本原理；两种技术在脉宽范围上的差异？ 均匀增宽与非均匀增宽的区别；用兰姆凹陷法如何实现稳频？ 激光冷却、激光操纵微粒的基本原理 选模方法 证明稳定腔 、临界腔的边界条件
R3
L1
L2
R1
R2
L
证明：根据光线传播的轨迹，总的坐标变换为：
1
x
2 R1
0
1
1
0
1
L 1
2 R2
0
1
1
0
L2 1
1
0
0 1 1 0
L1 x1
1
1

激光原理习题答案1~3章

激光原理习题答案1~3章

第一章 激光的基本原理习题2．如果激光器和微波激射器分别在=10μm λ、=500nm λ和=3000MHz ν输出1W 连续功率，问每秒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 ⨯3．设一对激光能级为2E 和1E (21f f =)，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=？解：当物质处于热平衡状态时，各能级上的粒子数服从波尔兹曼统计分布：(a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时：(b) 当λ=1μm ，T=300K 时：cP nh nh νλ==P P n h hcλν==2211()exp exp exp n E E h hc n KT KT K T νλ-⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-=-=- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦3492231 6.62610310exp 11.3810300n n --⎛⎫⨯⨯⨯=-≈ ⎪⨯⨯⎝⎭34822361 6.62610310exp 01.381010300n n ---⎛⎫⨯⨯⨯=-≈ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭(c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时：6．某一分子的能级4E 到三个较低能级1E 、2E 和3E 的自发跃迁几率分别是7-143510s A =⨯，7-142110s A =⨯和7-141310s A =⨯，试求该分子4E 能级的自发辐射寿命4τ。

激光原理与技术课后答案

激光原理与技术课后答案

激光原理与技术课后答案激光技术作为一种高科技技术，已经在各个领域得到了广泛的应用，包括医疗、通信、制造业等。

激光的应用范围越来越广，因此对激光原理和技术的深入了解显得尤为重要。

下面是一些关于激光原理与技术的课后答案，希望能帮助大家更好地理解和掌握这一技术。

1. 什么是激光？激光的产生原理是什么？激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、方向性和相干性。

激光的产生原理是利用激发态原子或分子受到外界能量激发后，通过受激辐射产生的一种特殊的光。

2. 激光的特点有哪些？激光具有高亮度、高单色性、高方向性和高相干性的特点。

这些特点使得激光在各个领域有着广泛的应用，比如在医疗领域可以用于手术切割，通信领域可以用于光纤通信，制造业可以用于激光打印和激光切割等。

3. 请简要描述激光器的工作原理。

激光器是将受激辐射过程放大后的光源。

它的工作原理是通过外界能量激发原子或分子，使其处于激发态，然后通过受激辐射产生的光在光学谐振腔中来回反射，最终形成激光输出。

4. 什么是激光共振腔？它的作用是什么？激光共振腔是激光器中的一个重要部件，它由两个反射镜构成。

它的作用是在两个反射镜之间形成光学谐振腔，使得受激辐射产生的光在腔内来回反射，最终形成激光输出。

5. 请简要描述激光的应用领域。

激光在医疗、通信、制造业等领域有着广泛的应用。

在医疗领域，激光可以用于手术切割、皮肤治疗等；在通信领域，激光可以用于光纤通信；在制造业中，激光可以用于激光打印、激光切割等。

6. 请简要介绍激光在医疗领域的应用。

在医疗领域，激光可以用于手术切割、皮肤治疗、癌症治疗等。

由于激光具有高度的精确性和可控性，因此在医疗领域有着广泛的应用前景。

7. 请简要介绍激光在通信领域的应用。

在通信领域，激光可以用于光纤通信。

由于激光具有高度的方向性和单色性，因此可以在光纤中传输更多的信息，使得通信更加高效和稳定。

8. 请简要介绍激光在制造业中的应用。

在制造业中，激光可以用于激光打印、激光切割、激光焊接等。

激光课后题答案

激光课后题答案
答：（1） （2） （3）
11. 求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。已知＝6328Å，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。
答：
12. 红宝石激光器是一个三能级系统，设Cr3＋的n0＝1019／ cm3，21=310-3s，今以波长λ＝0.5100m的光泵激励。试估算单位 体积的阈值抽运功率。
7．一共焦腔(对称)L＝0.40m，λ＝0.6328m，束腰半径，求离腰56cm处 的光束有效截面半径。 答：
8．试讨论非共焦腔谐振频率的简并性、纵模间隔及横模间隔，并与共 焦腔进行比较。 答：非共焦腔的谐振频率表达式为： ！）简并性：对于纵模来说非共焦腔的谐振频率一般不具有简并性，除 非时才出现纵模的简并；如果纵模序数一定，不同的横模可以存在一定 的简并，只要m＋n不变，谐振频率就相同。 2）纵模间隔：，与共焦腔是一致的； 3）横模间隔：，不仅与腔长有关还与介质的折射率、镜面的曲率半径 有关，这与共焦腔是不同的。
（3）
11．试从（3－81）式出发，证明非均匀增宽激光器最佳输出功率若用 最佳透射率表示有：。 证明：由（3-82）有： 整理上式可得：，式中t即为最佳透射率tm 则最佳输出功率
12镜为圆
形镜。试求TEM00和TEM10模之间的频率差。假定TEM00q模的单程衍射 损耗δ00<0.1%，试问：维持该激光器振荡的最小增益系数为多大？
8. 研究激光介质增益时，常用到“受激发射截面”(cm2)概念，它与
增益系数(cm－1)的关系是，为反转粒子数密度，试证明：具有 上能级寿命为，线型函数为的介质的受激发射截面为。 证明： 9. 饱和光强是激光介质的一个重要参数。证明均匀增宽介质在中心频率 处的饱和光强，并计算均匀增宽介质染料若丹明6G在＝0.5950m处的饱 和光强。(已知＝5.5×l 0—9s，＝4.66×1013Hz，＝1.36) 答：(1) (2)

激光技术蓝信钜课后答案

激光技术蓝信钜课后答案

第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案2．在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1／4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳?（2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化?答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x 轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。

此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V 1/4的固定偏压(E x’和E y’的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点上。

（2）. 若旋转1／4波片，会导致E x’和E y’的附加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏置也不再是V 1/4。

当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。

3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z 切割的KDP 晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。

试问：(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x 和y 轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm ，n 。

＝1.51，γ63＝23.6×10—12m ／V ，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。

解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x 和y 轴逐块旋转90安置，z 轴方向一致（如下图），(2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为：v 966106.2351.1210628.0412n 41V 41V 123-663302'2=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==-γλλλ 而单块晶体得半波电压为：v 3864106.2351.1210628.02n V 123-663302=⨯⨯⨯⨯==-γλλ 与前者相差4倍。

4．试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。

a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。

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第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案2．在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1／4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳?（2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化?答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x 轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。

此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V 1/4的固定偏压(E x’和E y’的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点上。

（2）. 若旋转1／4波片，会导致E x’和E y’的附加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏置也不再是V 1/4。

当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。

3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z 切割的KDP 晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。

试问：(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x 和y 轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm ，n 。

＝1.51，γ63＝23.6×10—12m ／V ，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。

解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x 和y 轴逐块旋转90安置，z 轴方向一致（如下图），(2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为：v 966106.2351.1210628.0412n 41V 41V 123-663302'2=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==-γλλλ 而单块晶体得半波电压为：v 3864106.2351.1210628.02n V 123-663302=⨯⨯⨯⨯==-γλλ 与前者相差4倍。

4．试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。

a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。

b. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强有两次强弱变化（但无消光现象发生）；则为椭圆偏振光。

c. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强没有变化；则为自然光（或圆偏振光）。

区分二者也不难，只需在偏振片前放置一个四分之一波片（可使圆偏振光变为线偏振光，可出现a 的现象）即可。

（这里自然光却不能变成线偏振光）（2）自然光得不到调制。

原因是自然光没有固定的偏振方向，当它通过电光晶体后没有固定的位相差；因而不能进行调制。

第一章补充作业：a. 电光调制：利用光电效应将信息加载于激光的一种物理过程称之为电光调制。

激光通过加有电场的晶体，使一个随时间变化的电信号转变成光信号。

即使传递的（电）信息通过光波的强度、相位变x y z x y z x y z x y z化体现出来。

b. 声光调制：利用声电效应将信息加载于激光的一种物理过程称之为声光调制。

调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电声换能器上而转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。

c. 磁光调制：利用磁光效应把欲传递的信息转换成光载波的强度(振幅)等参量随时间的变化。

与电光调制、声光调制所不同的是，磁光调制是将电信号先转换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态，从而达到改变光强度等参量的目的d. 直接调制：是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源(激光二极管LD或半导体二极管LED)，从而获得已调制信号。

由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制，它是目前光纤通信系统普通使用的实用化调制方法。

e.空间光调制器：可以形成随xy坐标变化的振幅(或强度)透过率[A(x,y)＝A0T(x,y)]或者是形成随坐标变化的相位分布[A(x,y)＝A0Texp[iθ(x,y)]] 或者是形成随坐标变化的不同的散射状态。

顾名思义，这是一种对光波的空间分布进行调制的器件。

它的英文名称是Spatial LightModulator(SLM)。

第2章作业（激光技术--蓝信鉅，103页）1．说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量随时间的变化。

答：（1）利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理：因为激光物质上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，为使上能级积累大量的粒子，就可以在激光器开始泵浦初期，设法将激光器的阈值调的很高，抑制激光振荡的产生，使激光上能级的反转粒子数大量积累，当粒子数达到最大时，然后突然调低阈值，这样，积累在上能级的粒子便雪崩式的跃迁到低能级，在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲。

（2）脉冲形成过程中各参量随时间的变化：以腔内损耗突变时记为t＝0，在此之前只是准备了初始粒子数密度Δn i，t=0时，泵浦功率将耗尽，粒子反转数Δn达到最大值Δn i，受激光子数为零，即Φ=Φi=0，经过一段时间受激辐射占优势时，雪崩过程开始形成，Φ开始急剧增长，Δn开始剧减，这一过程一直持续到Δn=Δn t（阈值），此时腔内光子数达到最大值Φm。

光子在腔内的寿命为t c，每个光子的能量为hν，则激光的峰值功率P m=hνΦm/2t c。

（此题画出各参数随时间变化示意图然后分析各参数变化亦可）3．有一带偏振棱镜的电光调Q YAG激光器，试回答或计算下列问题：(1)画出调Q激光器的结构示意图，并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的相对方向。

(2)怎样调整偏振棱镜的起偏方向和晶体的相对位置才能得到理想的开关效果?(3)计算l／4波长电压Vλ/4 (l＝25mm，n0＝n e＝1.05, γ63=23.6×10-12‘’m／V)。

解：（1）调Q激光器的结构示意图(2)欲使偏振器的电光调Q 器件得到理想开关效果的关键是必须严格使棱镜的起偏方向与电光晶体的x 轴或y 轴方向一致，这样才可以保证起偏方向与电光调制晶体的感应主轴x ’轴或y ’轴方向成45度角。

在电光晶体加电压的情况下，调节棱镜和晶体的相对方位，直到激光不能振荡为止。

（3）两偏振光出射时的相位差，V n 63302γλπφ=∆，令2/πφ=∆得到4/λV ，()V n V 3123663304/1069987.9106.2305.141006.14⨯=⨯⨯⨯⨯==--γλλ5．当频率f s =40MHz 的超声波在熔凝石英声光介质（n=1.54）中建立起超声场 (v s =5.96×105cm/s)时，试计算波长为λ=1.06μm 的入射光满足布拉格条件的入射角θ。

解：根据布拉格方程有00231.0/1040/1096.554.121006.122sin 654=⨯⨯⨯⨯⨯⨯===-s s cm cm f nv n s s s B λλλθ所以：0132.0=B θ6．一个声光调Q 器件(L ＝50mm ，H ＝5mm)是用熔融石英材料做成，用于连续YAG 激光器调Q 。

已知激光器的单程增益为0．3，声光器件的电声转换效率为40％，求(1)声光器件的驱动功率P S 应为多大?(2)声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率应为多少?透反镜 全反镜 YAG氙灯 电光晶体 偏振器 偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的相对方向 x y z x' y'解：（1）声光介质用熔融石英M W ＝1/106，YAG 激光器的波长为1.06 微米，氦氖激光器的波长为0.633微米。

声光介质中超声场的尺寸H ＝5mm ，L=50mm ，衍射效率为1时所需的功率()W M L H P r w s 4.37126.12=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλ 单程增益为0.3，声光转换效率为40%时，声光器件的驱动功率()W P 05.284.03.04.37=⨯=（2）声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率的大小应该由判据来定，即L ≥ 2L 0。

而L 0=λs 2/λ=v s 2/(f s 2λ);所以f s ≥ 21/2v s /（L λ）1/2≥ 21/2 ×5.96×105/（50×10-1×1.06×10-4）1/2≥37MHz第3章作业（激光技术--蓝信鉅，142页）3．有一多纵模激光器纵模数是1千个，激光器的腔长1．5m ，输出的平均功率为1w ，认为各纵模振幅相等。

(1) 试求在锁模情况下，光脉冲的周期、宽度和峰值功率各是多少?(2) 采用声光损耗调制元件锁模时，调制器上加电压V(t)＝V m cos(ωm t)，试问电压的频率是多大? 解：（1）在锁模情况下，光脉冲的周期)(1011035.12288s c L T -⨯=⨯⨯==每个光脉冲的宽度 1181112 1.5110()211000310q s N τυ-⨯∆===⨯+∆⨯ 光脉冲的峰值功率是平均功率的2N ＋1倍，max (21)100011000()P N P W =+=⨯=（2）电压的调制频率的一半，与相邻纵模的频率间隔相同的时候可实现调制（以确保损耗的变化频率与相邻纵模的频率间隔相同），881014.35.1210314.3221221⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=∆⨯=T m πω4．有一掺钕钇铝石榴石激光器，振荡线宽(荧光谱线中能产生激光振荡的范围) △υosc =12×1010Hz ，腔长L ＝0．5m ，试计算激光器的参量；(1)纵模频率间隔，(2) △υosc 内可容纳纵模的数目；(3)假设各纵模振幅相等，求锁模后脉冲的宽度和周期，(4)锁模脉冲及脉冲间隔占有的空间距离。

解：（1）纵模频率间隔)(1035.02103288Hz L c q ⨯=⨯⨯==∆υ（2）△υosc 内可容纳纵模的数目，1081210'400310osc q N υυ∆⨯===∆⨯ （3）锁模后脉冲的宽度12811118.310()21400310q s N τυ-∆===⨯+∆⨯ 锁模后脉冲的周期)(103.31035.02298s c L T -⨯=⨯⨯==（4）锁模脉冲占有的空间距离 31220.5 2.510()(21)400c L d c m N c τ-⨯=∆===⨯+ 脉冲间隔占有的空间距离)(15.0221m c L ccT d =⨯===6．在谐振腔中部L ／2处放置一损耗调制器，要获得锁模光脉冲，调制器的损耗周期T 应为多大? 每个脉冲的能量与调制器放在紧靠端镜处的情况有何差别?答：要获得锁模光脉冲，调制器的损耗周期T 应为L/c 。

与调制器放在紧靠端镜处相比，每个脉冲的能量约为原来的1/2。