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06~07激光原理与技术A答案2006-2007学年第1学期《激光原理与技术》A卷试题答案1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30]1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。
按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser）、连续激光器（c.w laser）固定波长输出、波长可调谐的激光器……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的）1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？激光器三个基本组成单元（各自的作用描述方式可以不一样）泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布?n?0。
增益介质：对入射光产生放大作用。
光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。
1.3 对于线宽为??的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？│ν-ν0│= 0.75???时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75??时，洛仑兹函数大于高斯函数值。
1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例.三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n2t。
典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG激光器。
1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率?1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。
即在频率为?1，光强为I?1的强光作用下，使表观中心频率处在?1±(1+ I?1 /Is)1/2???H/2范围内的粒子产生受激辐射，因此在?n???~??曲线上形成一个以?1为中心，宽度约为(1+ I?1 /Is)1/2???H的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。
2006-2007学年 第1学期 《激光原理与技术》B 卷 试题答案1．填空题(每题4分)[20]激光的相干时间τc 和表征单色性的频谱宽度Δν之间的关系为___1c υτ∆= 一台激光器的单色性为5x10-10，其无源谐振腔的Q 值是_2x109如果某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105 S -1，该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -1 设圆形镜共焦腔腔长L=1m ，若振荡阈值以上的增益线宽为80 MHz ，判断可能存在_两_个振荡频率。
对称共焦腔的=+)(21D A _-1_，就稳定性而言，对称共焦腔是___稳定_____腔。
2. 问答题(选做4小题，每小题5分)[20]何谓有源腔和无源腔？如何理解激光线宽极限和频率牵引效应？有源腔：腔内有激活工作物质的谐振腔。
无源腔：腔内没有激活工作物质的谐振腔。
激光线宽极限：无源腔的线宽极限与腔内光子寿命和损耗有关：122'c Rc L δυπτπ∆==；有源腔由于受到自发辐射影响，净损耗不等于零，自发辐射的随机相位造成输出激光的线宽极限2202()t c s t outn h n P πυυυ∆=∆。
频率牵引效应：激光器工作物质的折射率随频率变化造成色散效应，使得振荡模的谐振频率总是偏离无源腔相应的模的频率，并且较后者更靠近激活介质原子跃迁的中心频率。
这种现象称为频率牵引效应。
写出三能级和四能级系统的激光上能级阈值粒子数密度，假设总粒子数密度为n ，阈值反转粒子数密度为n t.三能级系统的上能级阈值粒子数密度22tt n n n +=；四能级系统的上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。
产生多普勒加宽的物理机制是什么？多普勒加宽的物理机制是热运动的原子（分子）对所发出（或吸收）的辐射的多普勒频移。
均匀加宽介质和非均匀加宽介质中的增益饱和有什么不同？分别对形成的激光振荡模式有何影响？均匀加宽介质：随光强的增加增益曲线会展宽。
2006-2007学年 第1学期 《激光原理与技术》A 卷 试题答案1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30]1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。
按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser ）、连续激光器（c.w laser ）固定波长输出、波长可调谐的激光器……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的）1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？激光器三个基本组成单元 （各自的作用描述方式可以不一样）泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布0n ∆>。
增益介质：对入射光产生放大作用。
光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。
1.3 对于线宽为∆ν的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？│ν-ν0│= 0.75∆ν 时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75∆ν时，洛仑兹函数大于高斯函数值。
1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例.三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n 2t 。
典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG 激光器。
1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率ν1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。
即在频率为ν1，光强为I ν1的强光作用下，使表观中心频率处在 ν1±(1+ I ν1 /I s )1/2 ∆νH /2范围内的粒子产生受激辐射，因此在∆n (ν)~ν 曲线上形成一个以ν1为中心，宽度约为 (1+ I ν1 /I s )1/2 ∆νH 的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。
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。
激光加工技术试题及答案一、单选题（每题2分，共10分）1. 激光加工技术中，激光束的聚焦直径通常在多少范围内？A. 1mm-5mmB. 0.1mm-1mmC. 0.01mm-0.1mmD. 5mm-10mm答案：C2. 下列哪种材料不适合使用激光加工？A. 不锈钢B. 木材C. 陶瓷D. 橡胶答案：D3. 激光切割技术中，切割速度与切割质量的关系是？A. 切割速度越快，切割质量越好B. 切割速度越慢，切割质量越好C. 切割速度与切割质量无关D. 切割速度适中时，切割质量最佳答案：D4. 激光焊接技术中，激光功率与焊接深度的关系是？A. 激光功率越高，焊接深度越浅B. 激光功率越高，焊接深度越深C. 激光功率与焊接深度无关D. 激光功率适中时，焊接深度最佳答案：B5. 激光加工技术中，激光的波长对加工精度的影响是？A. 波长越长，加工精度越高B. 波长越短，加工精度越高C. 波长与加工精度无关D. 波长适中时，加工精度最佳答案：B二、多选题（每题3分，共15分，多选或少选均不得分）1. 激光加工技术的优点包括哪些？A. 加工精度高B. 非接触式加工C. 加工速度慢D. 灵活性强答案：ABD2. 下列哪些因素会影响激光切割的质量？A. 激光功率B. 切割速度C. 材料厚度D. 操作人员技能答案：ABCD3. 激光焊接技术可以应用于哪些材料？A. 金属B. 塑料C. 玻璃D. 陶瓷答案：A4. 激光加工技术中，激光束的稳定性对加工质量的影响包括哪些？A. 影响加工精度B. 影响加工速度C. 影响加工表面质量D. 影响材料的热影响区答案：ABCD5. 激光加工技术在工业生产中的应用包括哪些？A. 精密零件加工B. 电子产品制造C. 医疗设备制造D. 汽车制造答案：ABCD三、判断题（每题1分，共5分）1. 激光加工技术只能在真空环境下进行。
（×）2. 激光加工技术可以实现对材料的无损伤加工。
（×）3. 激光加工技术可以用于精密零件的制造。
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。
光电子技术（2）上篇：“激光技术”习题1、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,它的轴向应该如何设置为佳?若旋转1/4波片,它所提供的直流偏置有何变化?2、为了降低电光调制器的半波电压,采用4块z 切割的KD *P 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x 和y 轴取向应如何?(2)若,/106.23,51.1,628.012630V m n m -⨯===γμλ计算其半波电压,并与单块晶体调制器比较之.3、试设计一种装置,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?4、一钼酸铅(4PbMoO )声光调制器,对He-Ne 激光器进行调制。
已知声功率,1W P s =声光互作用长度mm L 8.1=,换能器宽度13152103.36,8.0--∙⨯==kg s M mm H ,试求钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。
5、在锁模激光器中,工作物质为YAG,m μλ06.1=,棒尺寸Φ,504mm ⨯腔长,100,75.0MHz fm m L ==选择熔凝石英(n=1.46)作声光介质,声速s cm V S /1095.55⨯=,采用布拉格衍射,驻波形式,设计声光锁模调制器的尺寸,并求出布拉格角。
6、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1/4波长电压)./106.23,05.1,25(176304/V m n n mm l V e -⨯====γλ7、声光调Q 为什么运转于行波工作状态,一般只适用于连续激光器的高重复频率运行?加到电声换能器上的高频信号还要用频率为f 的脉冲电压进行调制?8、当频率的超声波MHz f s 40=在熔凝石英声光介质(n=1.54)中建立起超声场时)/1096.5(5s cm v s ⨯=,试计算波长为m μλ06.1=的入射光满足布拉格条件的入射角θ。
能源科学技术：激光加工技术（强化练习）1、问答题激光器的频率牵引过程指的是与纵模间相关的物理过程，请简述物理机理？正确答案：当激光器的纵模频率与增益介质的中心频率不重合时，纵模频率在振荡过程中会牵向中心频率靠拢。
由于腔内（江南博哥）增益介质的折射率吧对振荡频率存在色散，这种色散关系与激活介质的增益系数及增益曲线有关。
在有源腔中，由于增益物质的色散，纵模频率比无源腔纵模频率更靠近谱线中心频率，则就是频率牵引。
2、问答题从激光加工工艺上考虑，如何打一个高质量的孔？激光打孔中，一般采用什么离焦量，为什么？正确答案：采用较短的脉冲；选择前后沿陡的波形打孔；基模进行打孔；一定的正离焦；多脉冲打孔、高峰值功率、材料的热扩散系数低等。
一定的正离焦，破坏机理主要是材料的蒸发，此时打出的孔比较深，孔的入口处直径较小，孔的锥度较小，打孔效果好。
焦点在工件内部（负离焦）时，激光以会聚方式进入材料，孔壁不能（或很少能）直接接受光通量，因此，液相多气相少，汽化时蒸气压力不太大，喷射力小，孔形锥度较大，打孔质量有好有坏。
过分的入焦和离焦使被加工点的能量密度大大下降，孔深大大减小3、问答题请描述空间烧孔效应的物理过程。
正确答案：当频率一定的纵模在腔内形成稳定振荡事产生一个驻波场。
波腹处光强最大，波节处光强最小，消耗反转粒子数后，波腹处光强最小而波节处光强最大，则形成了空间烧孔。
可见空间烧孔的形成过程由驻波腔和粒子空间转移慢引起的。
4、问答题激光器的振荡阈值中有翻转粒子数阈值和增益阈值，它们和那些物理量相关？正确答案：不同模式（频率）具有不同的受激辐射截面，反转粒子数密度不同，则反转粒子数阈值不同；阈值增益系数由单程损耗决定，不同纵模具有相同的阈值，不同横模具有不同的单程损耗，其阈值增益不同。
5、问答题激光3D打印有什么方法？各自特点？适用材料？正确答案：激光立体印刷术：以高分子聚合反应为基本原理，适用于塑料铸型。
选择性激光烧结技术，选择性激光熔化技术：以烧结和熔化为基本原理，适用于金属实体。
激光考试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 激光的全称是：A. 光放大受激辐射B. 光放大自发辐射C. 光受激放大辐射D. 光自发放大辐射答案：A2. 激光器中，激光的产生依赖于：A. 自发辐射B. 受激辐射C. 热辐射D. 光辐射答案：B3. 激光的特性不包括：A. 单色性好B. 相干性好C. 方向性好D. 能量分散答案：D4. 以下哪个不是激光器的组成部分：A. 工作物质B. 激励源C. 反射镜D. 透镜答案：D5. 激光在医学上的应用不包括：A. 激光切割B. 激光焊接C. 激光诊断D. 激光手术答案：B二、填空题（每题2分，共10分）1. 激光的波长范围通常在______纳米到______毫米之间。
答案：纳米到毫米2. 激光的相干性是指激光的______和______高度一致。
答案：频率和相位3. 激光器的工作原理是通过______来实现光的放大。
答案：受激辐射4. 激光的高亮度特性是由于激光的______和______。
答案：高单色性和高相干性5. 激光在工业上的应用包括______、______和______。
答案：材料加工、测量和通信三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述激光的三大特性。
答案：激光具有高亮度、高单色性和高相干性。
2. 解释激光器中的“泵浦”过程。
答案：泵浦过程是指通过外部能量源（如电流、光或化学反应）向工作物质提供能量，使其原子或分子激发到高能级的过程。
3. 激光在通信领域有哪些应用？答案：激光在通信领域的应用包括光纤通信、无线光通信和卫星通信。
4. 激光在军事上的应用有哪些？答案：激光在军事上的应用包括激光制导武器、激光雷达和激光通信。
四、计算题（每题10分，共20分）1. 已知激光波长为532nm，求其频率。
答案：使用公式c = λf，其中c为光速，λ为波长，f为频率。
c =3×10^8 m/s，λ = 532×10^-9 m，代入公式得f = c / λ =3×10^8 m/s / (532×10^-9 m) ≈ 5.64×10^14 Hz。
