激光原理与技术期末考试B卷答案

电子科技大学- 年第 2 学期期末考试 B 卷课程名称: _ 激光原理与技术___ 考试形式: 开卷（笔试）考试日期: 20 11 年 6 月29 日考试时长: 120___分钟课程成绩构成: 平时30 %, 期中%, 试验%, 期末70 %本试卷试题由_____部分构成, 共_____页。

一.选择题（单项选择）（共20分, 共10题, 每题2分)1.与一般光源相比, 下列哪项是激光旳优势D 。

A.相干性好B.发散角小C.谱线窄D.以上都是2.要产生激光下列哪个条件不是必需具有旳___D___。

A.实现集居数反转（粒子数反转）B、受激辐射跃迁C.具有增益介质D.谐振腔为稳定腔3、下列谱线加宽方式中, 不属于均匀加宽旳是 B 。

A.自然加宽B.多普勒加宽C.晶格振动加宽D.碰撞加宽4.从输出光束特性考虑, 一种稳定腔等价于无穷个 A 。

A.稳定..B.临界..C.共焦..D.非稳腔5、若激光器输出为某一模式旳厄米特-高斯光束, 且其两个主轴方向上旳M2值为5和3, 则该模式也许为 D 。

A.TEM01B.TEM11C.TEM31D.TEM216、下列腔型中, 肯定具有共轭像点旳是C（非稳腔）。

A. B、C. D、7、可以运用下列哪种损耗进行模式选择 B 。

A.腔镜不完全反射损耗B.衍射损耗C.材料中旳非激活吸取损耗D.以上都不对8、在振幅调制锁模激光器中, 若损耗调制器紧贴腔镜放置且腔长为L, 光速为c, 则损耗调制信号旳角频率为___C___。

A. B C、D、9、KDP晶体横向电光调制旳重要缺陷为__C___。

A.半波电压太高B.调制带宽低C.存在着自然双折射引起旳相位延迟D.调制频率较高时,功率损耗比较大10、下列性质选项中, 对于由受激辐射跃迁产生旳光子与入射光子相似旳是___D___。

A.偏振方向B、频率C.运动方向D、以上都是二. 填空题（共20分, 共20空, 每空2分）1.激光器采用开放式谐振腔旳重要原因是减少模式数。

激光原理与技术期末考试卷（2007-09）1．基本概念题(选做5小题，每小题5分)[25]1.1 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？1.2 试辨析激光振荡器、激光放大器和激光器的区别1.3 激光器的主要泵浦方式有哪些？各举一典型激光器实例。

1.4 激光具有哪些基本特性？试举3个应用实例，并说明各自应用了激光的哪方面特性。

1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？1.6 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？1.7 在粒子反转数密度Δn大于0时，在激光腔中一定能产生自激振荡吗?为什么？2. 综合思考题(选做2小题，每小题15分)[30]2.1何谓介质的吸收截面？现有红宝石样品一块，试设计一实验方案测量该样品的吸收截面，列出实验所需的设备和元器件。

2.2 选模复合腔如图所示，M1、M2、M3为全反镜，M4为部分反射镜。

(1)试分析其选模原理和条件；(2)如腔内增益介质振荡线宽为νosc, 为了获得单纵模输出，l1、l2应如何选择？2.3 (1) 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？简要说明它们在实现粒子数反转过程中的特点；(2)试列出二能级系统的速率方程组（设能级简并度f1=f2）。

(3)分析二能级系统能否实现粒子数反转。

3. 计算题(选做3小题，每小题15分)[45]3.1 What would be the output intensity of a helium-neonlaser operating at 632.8 nm if ithas a small-signal gain of 0.15/m? The laser has two mirrors of reflectivity 99.99% and 98%, a gain-medium length of 0.2 m, and essentially no scattering losses.3.2 A Nd:YVO4 laser operating in a pulsed mode at 1.06 μm is placed in a cavity with mirrors of 95% at each end of the laser. The scattering losses are determined to be 0.4% per pass. If the laser produces output pulses of 200-μs duration in a beam of diameter 6 mm and if the small-signal gain is measured to be 20% per pass, what would be the energy of the pulses emerging from the laser?3.3 Nd3+ ions are doped into YAG at a 1% atomic concentration, which corresponds toadensity of Nd atoms of 1.38×1026 per cubic meter in the laser rod. If all of these atoms were instantly pumped to the upper laser level and then began to radiate, what would be the radiated energy per cubic meter and the average power per cubic meter radiated from this material at the emission wavelength of 1.06 μm? if the power radiated from one cubic centimeter could be concentrated into a spot 1 mm in diameter, what would be the intensity(power/m)3.4 长度为10 cm的红宝石棒置于长度为22 cm的光谐振腔中，红宝石694.3 nm谱线的自发辐射寿命τs≈4ms,均匀加宽线宽为2×105 MHz,，光腔单程损耗δ=0.2。

《激光原理及应用》期末试题（A卷答案）一、简答题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.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。

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。

多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。

4.简述均匀加宽的模式竞争答：在均匀加宽的激光器中，开始时几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争，结果总是靠近中心频率的一个纵模获胜，形成稳定的振荡，其他的纵模都被抑制而熄灭。

这种情况叫模式竞争。

5.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。

6.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），CO2激光器，10.6μm（红外）7.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。

二、证明题：（每题6分，共18分）1.证明：由黑体辐射普朗克公式33811hKThceννπνρ=-导出爱因斯坦基本关系式：3213218A hn h B cνπνν==三、计算题1．由两个凹面镜组成的球面腔，如图。

1.21谁提出的理论奠定了激光的理论基础？∙A、汤斯∙B、肖洛∙C、爱因斯坦∙D、梅曼正确答案：C 我的答案：C得分： 10.0分2氢原子3p态的简并度为?∙A、2∙B、10∙C、6正确答案：C 我的答案：C得分： 10.0分3热平衡状态下粒子数的正常分布为：∙A、处于低能级上的粒子数总是等于高能级上的粒子数∙B、处于低能级上的粒子数总是少于高能级上的粒子数∙C、处于低能级上的粒子数总是多于高能级上的粒子数正确答案：C 我的答案：C得分： 10.0分4原子最低的能量状态叫什么？∙A、激发态∙B、基态∙C、.亚稳态正确答案：B 我的答案：B得分： 10.0分5对热辐射实验现象的研究导致了？∙A、德布罗意的物质波假说∙B、爱因斯坦的光电效应∙C、普朗克的辐射的量子论正确答案：C 我的答案：A得分： 0.0分6以下关于黑体辐射正确的说法是：∙A、辐射的能量是连续的∙B、黑体一定是黑色的∙C、辐射能量以hν为单位正确答案：C 我的答案：C得分： 10.0分7热平衡状态下各能级粒子数服从：∙A、A. 高斯分布∙B、玻尔兹曼分布∙C、正弦分布∙D、余弦分布正确答案：B 我的答案：B得分： 10.0分8以下说法正确的是：∙A、受激辐射光和自发辐射光都是相干的∙B、受激辐射光和自发辐射光都是非相干的∙C、受激辐射光是非相干的，自发辐射光是相干的∙D、受激辐射光是相干的，自发辐射光是非相干的正确答案：D 我的答案：D得分： 10.0分9下列哪个物理量不仅与原子的性质有关，还与场的性质有关？∙A、自发跃迁几率∙B、受激吸收跃迁几率∙C、受激辐射跃迁爱因斯坦系数正确答案：B 我的答案：B得分： 10.0分10下列哪个物理量只与原子的性质有关？∙A、受激辐射跃迁几率∙B、自发跃迁几率∙C、受激吸收跃迁几率正确答案：B 我的答案：B1.3 测验已完成成绩： 80.0分1激光的最初的中文名为“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，1964年按照我国著名科学家钱学森的建议将“光受激发射”改称“激光”。

08激光原理与技术试卷B2华南农业大学期末考试试卷（B 卷）2008～2009学年第一学期 考试科目：激光原理与技术考试类型：（闭卷） 考试时间：120分钟姓名 年级专业 学号题号 一 二 三 四 总分 得分 评阅人一.填空题（每空2分，共30分）1. 设小信号增益系数为0g ，平均损耗系数为α，则激光器的振荡条件为 g o >α 。

2. 相格 是相空间中用任何实验所能分辨的最小尺度。

3. 四能级系统中，设3E 能级向2E 能级无辐射跃迁的量子效率为1η，2E 能级向1E 能级跃迁的荧光效率为2η，则总量子效率为 。

4. 当统计权重21f f =时，两个爱因斯坦系数12B 和21B 的关系为B 12=B 21 。

5. 从光与物质的相互作用的经典模型，可解释 色散 现象和 物质对光的吸收 现象。

6. 线型函数的归一化条件数学上可写成 。

7. 临界腔满足的条件是 g1g2=1 或 g1g2=0 。

8. 把开腔镜面上的经过一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的 自再现模 。

9. 对平面波阵面而言，从一个镜面中心看到另一个镜面上可以划分的菲涅耳半周期带的数目称为 菲涅耳数 。

310. 均匀加宽指的是引起加宽的物理因素对各个原子是 等同的, 。

11. 入射光强和饱和光强相比拟时，增益随入射光强的增加而减少，称 增益饱和 现象。

12．方形镜的mnq TEM 模式沿x 方向有 m 条节线，没y 方向有 n 条节线. 二.单项选择题（每题2分，共10分） 1. 关于高斯光束的说法，不正确的是（ ）(A)束腰处的等相位面是平面； (B)无穷处的等相位面是平面； (C)相移只含几何相移部分； (D)横向光强分布是不均匀的。

2. 下列各模式中，和圆型共焦腔的模q n m TEM ,,有相同频率的是（A ） (A)1,,2-+q n m TEM ； (B) q n m TEM ,,2+； (C) 1,,1-+q n m TEM ； (D) 1,1,2-++q n m TEM 。

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。

激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在锁模激光器中，被锁定的模式数量越多，脉冲周期越短。

参考答案:错误2.对于对称共焦腔，其傍轴光线在腔内往返传输次即可自行闭合，其自再现模式为高斯光束。

参考答案:2##%_YZPRLFH_%##二##%_YZPRLFH_%##两3.谐振腔损耗越大，品质因子越高。

参考答案:错误4.有激光输出时，激活介质不是处于热平衡条件。

参考答案:正确5.在主动锁模激光器中，调制器应该放到谐振腔的一端。

参考答案:正确6.为得到高转化效率的光学倍频，要实现匹配，使得基频波和倍频波的折射率要相等，在他们相互作用过程中，两个基频光子湮灭，产生一个倍频光子。

参考答案:相位7.尽量增加泵浦功率有利于获得单模激光输出。

参考答案:错误8.在调Q激光器中，随着Dni/Dnt的增大，峰值光子数增加，脉冲宽度。

参考答案:变窄##%_YZPRLFH_%##变小##%_YZPRLFH_%##减小9.关于基模高斯光束的特点，下面描述不正确的是。

参考答案:基模高斯光束在激光腔内往返传播时没有衍射损耗10.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了度角。

参考答案:45##%_YZPRLFH_%##四十五11.稳定谐振腔是指。

参考答案:谐振腔对旁轴光线的几何偏折损耗为零12.形成激光振荡的充分条件是。

参考答案:光学正反馈条件和增益阈值条件13.关于谐振腔的自再现模式，下面那个说法是正确的？参考答案:自再现模式与谐振腔的稳定性有关14.三能级激光器的激光下能级是基态，需至少将原子总数的通过泵浦过程转移到激光上能级，才能实现受激辐射光放大。

参考答案:一半##%_YZPRLFH_%##1/2##%_YZPRLFH_%##50%##%_YZPRLFH_%##二分之一##%_YZPRLFH_%##百分之五十15.谱线加宽是指的光谱展宽。

参考答案:自发辐射16.关于自发辐射和受激辐射说法正确的是。

《激光原理与技术》题集一、选择题（每题2分，共20分）1.激光的英文名称是：A. Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiationB. Linear Accelerator BeamC. Large Area Beam EmitterD. Low Amplitude Beam2.下列哪项不是激光器的基本组成部分？A. 激光工作物质B. 激励源C. 光学谐振腔D. 光学滤镜3.激光产生的三个基本条件不包括：A. 实现粒子数反转B. 存在光学谐振腔C. 满足阈值条件D. 有强大的磁场4.在激光技术中，调Q技术主要用于：A. 提高激光功率B. 压缩激光脉宽C. 扩大激光光斑D. 改变激光颜色5.下列哪种激光器不属于气体激光器？A. He-Ne激光器B. CO2激光器C. Nd:YAG激光器D. Ar离子激光器6.激光器的阈值条件是指：A. 激光工作物质开始发光的最低能量B. 激光工作物质达到最大发光强度的能量C. 激光工作物质开始产生激光的最低泵浦功率D. 激光工作物质温度达到熔点的能量7.激光测距主要利用了激光的哪一特性？A. 单色性好B. 方向性强C. 亮度高D. 相干性好8.在激光加工中，激光切割主要利用激光的：A. 热效应B. 光电效应C. 磁效应D. 化学效应9.激光通信相比于微波通信的优势是：A. 传输距离更远B. 传输速度更快C. 抗干扰能力更强D. 所有以上选项10.全息照相技术主要利用了激光的：A. 高能量特性B. 相干性好的特性C. 方向性好的特性D. 单色性好的特性二、填空题（每题2分，共20分）1.激光器的核心部件是______，它决定了激光器的输出波长。

2.在激光产生过程中，实现粒子数反转是通过______手段来实现的。

3.激光器的输出光束质量通常由______来描述。

4.激光脉冲的持续时间越短，其峰值功率就______。

北京化工高校2024——2024学年其次学期课程名称：《激光原理》期末考试试卷班级：姓名：学号：分数：一、填空（25分）1．兰姆凹陷发生在（综合加宽，非匀称加宽，纯多普勒加宽）介质激光器中。

HeNe激光器是一种（固体、半导体、气体）激光器，其光波长可以是（0.6328A，6943A，3.39μm）。

通常状况下，我们见到的HeNe 激光器发光的颜色是（红色，蓝色，黄色）。

一般状况下，由（两平面镜，一平一凹镜，两凹面镜）组成He-Ne激光谐振腔，两反射镜的透射率是腔的（主要，次要）损耗，只有当（腔长，放电区，毛细管）足够长时，增益才大于损耗，形成激光。

He-Ne激光介质是（综合加宽，非匀称加宽，纯多普勒加宽）介质，多普勒宽度（约1500MHZ，300MHZ，20MHZ），碰撞加宽和充气压（成反比，成正比，无关）。

在激光器内，一个恰为增益线中心频率的谐振频率在增益线上烧（一个孔，两个孔，对称于v的两个孔）。

激光损耗越大，孔（越深，越浅，越宽）。

2．在介质发光时自发放射，受激放射，受激汲取总是（同时，不同时，一种或两种）存在，自发放射几率与介质内光强度（有关，无关，成正比）。

产生激光的条件是（增益大于损耗，有泵浦，有受激放射），满意谐振条件的频率（有形成振荡的可能，不能振荡，形成振荡）。

光放大的条件是（下能级粒子数多于上能级，损耗小于增益，上能级粒子数多于下能级）。

3. 随意一个共焦球面腔与（一个，多个，无穷多个）稳定球面腔等价；随意一个满意稳定性条件的球面腔可以与（唯一一个，多个，无穷多个）共焦腔等价。

4. 在匀称加宽中，每一发光原子对光谱线内（全部频率，多个频率，一个频率）有贡献；在非匀称加宽中，原子体系中每个原子发光只对谱线内（特定频率，一个频率，多个频率）有贡献。

假如对于某种气体激光介质，主要的加宽类型是由碰撞引起的加宽和由多普勒效应引起的加宽，因此在求线型函数时，要考虑（匀称加宽，非匀称加宽，综合加宽）。

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学2012-2013学年第1学期 重新学习 考试课程名称：_激光原理与技术_ 考试形式： 考试日期： 2013年1月 14日 考试时长：120分钟 本试卷试题由_____部分构成，共_____页。

一、选择题（共20分，共 10题，每题2 分）1. 下列哪个实验不能反映光的量子性： 。

A. 黑体辐射B. 光电效应C. 牛顿环D. 普朗克散射 2. 关于激光振荡，下列哪种说法是正确的： 。

A. 集居数反转是激光振荡的充分条件； B. 只有驻波腔才能产生激光振荡； C. 集居数反转是激光振荡的必要条件； D. 激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。

3. 与普通光源相比，下列哪一个不是激光的特性： 。

A. 相干性好B. 光子简并度高C. 同一模式内光子数多D. 功率高 4. 对于开放光学球面两镜腔，下列哪一个不是谐振腔稳定性条件： 。

A. ()1112A D -<+< B. 121111L L R R ⎛⎫⎛⎫-<--< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ C. 120111L L R R ⎛⎫⎛⎫<--< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭D. 1201g g <<5. 下列哪一个参数与谐振腔的损耗有关： 。

A. 腔内光子平均寿命B. 受激发射截面C. 上能级寿命D. 谐振腔共焦参数 6. 下列哪种加宽不属于均匀加宽： 。

A. 自然加宽B. 晶格缺陷加宽C. 碰撞加宽D. 晶格振动加宽………密………封………线………以………内………答………题………无………效……7. 关于受激发射截面，下面表述哪一个是错误的： 。

A. 是具有面积量纲的物理量 B. 与入射光频率有关 C. 是原子横截面的面积D. 受激跃迁速率与受激发射截面成正比8. 激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关： 。

A. 小信号增益B. 自然加宽谱线宽度C. 受激发射截面D. 谐振腔损耗 9. 在KDP 晶体的纵向电光调制中，半波电压与下列哪个参数无关： 。

激光原理复习题（含参考答案）1. 自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为（B）2. 爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为（ C）3. 自然增宽谱线为（C）（A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型4. 对称共焦腔在稳定图上的坐标为（ B ）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）5. 阈值条件是形成激光的（C）（A）充分条件（B）必要条件（C）充分必要条件（D）不确定6. 谐振腔的纵模间隔为（ B ）7. 对称共焦腔基模的远场发散角为（C）8. 谐振腔的品质因数Q衡量腔的（ C ）（A）质量优劣（B）稳定性（C）储存信号的能力（D）抗干扰性9. 锁模激光器通常可获得（ A）量级短脉冲10. YAG激光器是典型的（C）系统（A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级11. 任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔唯一地等价于一个共焦腔。

12. 激光器的基本结构包括三部分，即工作物质、激励物质光学谐振腔。

13. 有一个谐振腔，腔长L=1m，在1500MHｚ的范围内所包含的纵模个数为10 个（设μ=1）。

14. 激光的特点是相干性强、单色性佳、方向性好高亮度。

15 调Q 技术产生激光脉冲主要有 、 两种方法，调Q 激光器通常可获得ns 量级短脉冲，锁模有 和 两种锁模方式。

锁模 、 调Q 主动锁模 被动锁模16. 受激辐射激励发射出的光子与外来光完全相同，即 ， ， ， 。

传播方向相同，相位相同，偏振态相同，频率相同17写出光与物质相互作用的爱因斯坦关系式，说明其物理含义。

答：(1)自发辐射跃迁几率2121211sp s dn A dt n τ⎛⎫== ⎪⎝⎭，表示了单位时间内从高能级向低能级跃迁的原子数与高能级原有粒子数的比例。

(2)受激吸收跃迁几率121211st dn W dt n ⎛⎫= ⎪⎝⎭，表示单位时间内由于受激跃迁引起的由低能级向高能级跃迁的原子数和低能级原子数的比例。

激光原理与激光技术习题答案习题一(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 的范围内所包含的纵模个数，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 δ s 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。

激光原理期末考试题及答案# 激光原理期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 激光的产生需要满足以下哪个条件？A. 粒子数反转B. 增益介质C. 光学谐振腔D. 所有以上答案：D2. 激光的三个主要特性是什么？A. 单色性、方向性、相干性B. 单色性、亮度、相干性C. 亮度、方向性、相干性D. 单色性、亮度、方向性答案：A3. 以下哪个不是激光器的类型？A. 固体激光器B. 气体激光器C. 半导体激光器D. 热激光器答案：D4. 激光器中的泵浦过程是指什么？A. 将能量注入工作介质B. 将工作介质加热C. 将工作介质冷却D. 将工作介质的粒子数反转答案：A5. 激光器的谐振腔的作用是什么？A. 提供能量B. 储存能量C. 提供反馈D. 吸收能量答案：C6. 激光的相干长度是指什么？A. 激光的波长B. 激光的脉冲宽度C. 激光的相干时间D. 激光的传播距离答案：D7. 激光的调Q技术主要用来实现什么？A. 增加激光的功率B. 增加激光的频率C. 增加激光的亮度D. 增加激光的相干性答案：A8. 激光冷却技术可以用来实现什么？A. 降低物体的温度B. 增加物体的温度C. 保持物体的温度D. 测量物体的温度答案：A9. 激光在医学中的应用主要包括哪些方面？A. 切割、焊接、诊断B. 诊断、治疗、美容C. 美容、诊断、焊接D. 切割、治疗、美容答案：D10. 激光测距的原理是什么？A. 利用激光的单色性B. 利用激光的方向性C. 利用激光的相干性D. 利用激光的高亮度答案：C二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述激光的产生原理。

答案：激光的产生原理基于受激辐射。

在激光器中，工作介质被泵浦至高能级，形成粒子数反转。

当处于高能级的粒子受到外部光子的激发时，会以受激辐射的方式释放光子，这些光子与激发它们的光子具有相同的频率、相位和方向。

这些光子在光学谐振腔中来回反射，通过增益介质时不断被放大，最终形成具有高度单色性、相干性和方向性的激光束。

激光原理复习题（含参考答案）1. 自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为（B ）2. 爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为（ C ）3. 自然增宽谱线为（ C ）（A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型4. 对称共焦腔在稳定图上的坐标为（ B ）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）5. 阈值条件是形成激光的（C ）（A）充分条件（B）必要条件（C）充分必要条件（D）不确定6. 谐振腔的纵模间隔为（ B ）7. 对称共焦腔基模的远场发散角为（C ）8. 谐振腔的品质因数Q衡量腔的（ C ）（A）质量优劣（B）稳定性（C）储存信号的能力（D）抗干扰性9. 锁模激光器通常可获得（A）量级短脉冲10. YAG 激光器是典型的（ C ）系统（A ）二能级 （B ）三能级 （C ） 四能级 （D ）多能级11. 任何一个共焦腔与 无穷多个稳定球面腔 等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔 唯一 地等价于一个共焦腔。

12. 激光器的基本结构包括三部分，即 工作物质 、 激励物质 光学谐振腔 。

13. 有一个谐振腔，腔长L=1m ，在1500MH ｚ的范围内所包含的纵模个数为 10 个（设μ=1）。

14. 激光的特点是 相干性强 、 单色性佳 、方向性好 高亮度 。

15 调Q 技术产生激光脉冲主要有 、 两种方法，调Q 激光器通常可获得ns 量级短脉冲，锁模有 和 两种锁模方式。

锁模 、 调Q 主动锁模 被动锁模16. 受激辐射激励发射出的光子与外来光完全相同，即 ， ， ， 。

传播方向相同，相位相同，偏振态相同，频率相同17写出光与物质相互作用的爱因斯坦关系式，说明其物理含义。

答：(1)自发辐射跃迁几率2121211sp s dn A dt n τ⎛⎫== ⎪⎝⎭，表示了单位时间内从高能级向低能级跃迁的原子数与高能级原有粒子数的比例。

(2)受激吸收跃迁几率121211st dn W dt n ⎛⎫= ⎪⎝⎭，表示单位时间内由于受激跃迁引起的由低能级向高能级跃迁的原子数和低能级原子数的比例。

03-04第一学期期末考试激光原理试卷答案(01届) 2004.1.一、单选题（每题3分）1.B2.D3.B4.C5.B 6．A 7.A 8.B 9.D 10.B二、多选题（每题5分）1. A D E2.A C三、填空题 （每题4分）1. 2×10-7s、60m2.2.08×10-37kg、6.25×10-29kg·m/s3.0.02、10-7s4. 9.55×105s -1、6MHz5.πλL 2、L 2πλ 四、计算题1.（5分）红宝石激光器在室温下线性函数为线宽等于Δν=3.3×105MHz的洛伦兹型,发射截面为S 21=2.5×10－20cm 2，求红宝石的E 2能级寿命τ2(λ0＝6943Å,n=1.76 ) 解 H2222021n 4S νΔτπλ= s 10784103310527611434)10(6943S n 43112422210H 2122202−−−×=×××××××=Δπλ=τ.....ν2．（5分）入射高斯光束的焦参数为f=1m，腰距凸透镜l =1m。

求出射高斯光束的焦参数f ′及腰距凸透镜的距离l ′。

凸透镜的焦距F=2/3m。

解 q=1+ii 40805i 24103i)1i)(2(1i 31i 22i)(1+i)(1q F Fq q 232..+−=+−=+−+=−−+=−+=−=′l ′=0.8m, f ′=0.4m3.（10分）CO 2激光器谐振腔长L＝0.6m，放电管直径d=20mm,二反射镜中,一个为全反镜,另一个为透射率为T=0.04的半反镜,其他往返损耗率a=0.04,求:稳定输出功率(经验公式:G m =1.4×10-2/d 1/mm, Is=72/d 2 w/mm 2) 解 142m mm 107201041G −−−×=×=. 141032600204.004.02−−×=×+=+=mm L a T G t 5.103/27===tm G G α22s mm w 1802072I /.== wP 7.105.918.004.01014.3)1(STI 221s 21=×××××==−=α 4.（10分）He-Ne激光器放电管及腔长都为L=1.6m,直径为d=2mm,两反射镜透射率分别为0和T=0.02,其它损耗的单程损耗率为δ=0.5%,萤光线宽ΔνF =1500MHz, 其峰值小信号增益系数G m =3×10-4/d 1/mm。

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（要求会画图，会说原理过程）（1）普通光源中自发辐射起主要作用（2）激光器工作中受激辐射起主要作用（3）自发辐射、受激辐射和受激吸收的定义（4）三者之间的关系：自发辐射光子数+受激辐射光子数=受激吸收光子数11、光谱线增宽（1）光谱线的半宽度即光谱线宽度：相对光为最大值的1/2处的频率间隔（2）三种谱线增宽：自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽自然增宽：粒子的衰减碰撞增宽：发光原子间相互碰撞作用多普勒增宽：发光原子相对于观察者运动（3）均匀增宽：每一发光原子所发的光，对谱线宽度内任一频率都有贡献，而且这个贡献对每个原子都是相同的。

系、班 姓 名 座 号…………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………激光原理 课程考试题(B)（ 2010 年12 月 22 日） 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）题 号一二三四五六七合计得 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21e点所对应的光斑半径.2. 光束衍射倍率因子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。

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。

3. 基模高斯光束远场发散角；与束腰半径的关系：. 气体激光器中多普勒加宽烧孔效应：由于腔镜的作用，腔内模Φ1频率1ν可看成两束沿相反方向传输的行波+Φ1、-Φ1的迭加。

如果1Φ足够强，则分速度为z υ±（01νννυ--=cz ）的反转粒子数都会出现饱和效应，()νν~n ∆曲线在对称于νo 两侧的1ν和102νν-处出现两个烧孔。

- 第1学期 《激光原理和技术》B 卷 试题答案1．填空题(每题4分)[20]1.1激光相干时间τc 和表征单色性频谱宽度Δν之间关系为___1c υτ∆= 1.2一台激光器单色性∆λ/λ为5x10-10，其无源谐振腔Q 值是_2x1091.3假如某工作物质某一跃迁波长为100nm 远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105 S -1，该跃迁受激辐射爱因斯坦系数B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -11.4设圆形镜共焦腔腔长L=1m ，若振荡阈值以上增益线宽为80 MHz ，判定可能存在_两_个振荡频率。

1.5对称共焦腔=+)(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]2.1何谓有源腔和无源腔？怎样了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谐振腔。

无源腔：腔内没有激活工作物质谐振腔。

激光线宽极限：无源腔线宽极限和腔内光子寿命和损耗相关：122'c Rc L δυπτπ∆==；有源腔因为受到自发辐射影响，净损耗不等于零，自发辐射随机相位造成输出激光线宽极限2202()t c s t outn h n P πυυυ∆=∆。

频率牵引效应：激光器工作物质折射率随频率改变造成色散效应，使得振荡模谐振频率总是偏离无源腔对应模频率，而且较后者更靠近激活介质原子跃迁中心频率。

这种现象称为频率牵引效应。

2.2写出三能级和四能级系统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.三能级系统上能级阈值粒子数密度22tt n n n +=；四能级系统上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。

2.3产生多普勒加宽物理机制是什么？多普勒加宽物理机制是热运动原子（分子）对所发出（或吸收）辐射多普勒频移。

2.4均匀加宽介质和非均匀加宽介质中增益饱和有什么不一样？分别对形成激光振荡模式有何影响？均匀加宽介质：随光强增加增益曲线会展宽。