激光技术-答案讲解

激光技术考试题目及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 激光的英文全称是什么？A. Light Amplification by Stimulated Emission of RadiationB. Low Amplification by Stimulated Emission of RadiationC. Light Amplification by Stimulated Emission of EnergyD. Low Amplification by Stimulated Emission of Energy答案：A2. 以下哪个不是激光的特性？A. 单色性B. 相干性C. 散射性D. 方向性答案：C3. 激光器的工作原理是基于哪种效应？A. 光电效应B. 康普顿效应C. 受激辐射效应D. 多普勒效应答案：C4. 激光切割技术主要应用于哪些领域？A. 精密仪器制造B. 食品加工C. 服装制作D. 所有上述领域答案：D5. 激光在医学上的应用不包括以下哪项？A. 激光治疗B. 激光诊断C. 激光美容D. 激光烹饪答案：D6. 以下哪种材料不适合作为激光器的增益介质？A. 红宝石B. 氩气C. 钕玻璃D. 二氧化碳气体答案：B7. 激光测距的基本原理是什么？A. 声波反射B. 电磁波反射C. 光波反射D. 无线电波反射答案：C8. 激光冷却技术主要用于哪个领域？A. 材料科学B. 量子计算C. 热能工程D. 光学通信答案：B9. 以下哪种激光器不是固体激光器？A. 红宝石激光器B. 钕玻璃激光器C. 半导体激光器D. 氩离子激光器答案：D10. 激光打印机的工作原理是基于哪种效应？A. 光电效应B. 热敏效应C. 磁光效应D. 霍尔效应答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分）11. 激光技术在工业上的应用包括哪些？A. 材料加工B. 测量和检测C. 医疗治疗D. 军事应用答案：ABD12. 激光器的类型包括哪些？A. 固体激光器B. 气体激光器C. 半导体激光器D. 光纤激光器答案：ABCD13. 激光在通信领域的应用包括哪些？A. 光纤通信B. 无线通信C. 卫星通信D. 量子通信答案：ACD14. 激光加工技术的优势包括哪些？A. 高精度B. 高效率C. 低成本D. 环境友好答案：ABD15. 激光在科研领域的应用包括哪些？A. 光谱分析B. 粒子加速C. 核聚变研究D. 量子纠缠实验答案：ABCD三、判断题（每题1分，共10分）16. 激光的频率单一，因此具有很好的单色性。

激光原理与技术习题答案激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、相干性、方向性和亮度。

激光技术是现代物理学的一个分支，广泛应用于通信、医疗、工业加工等多个领域。

为了更好地理解激光原理与技术，我们通常会通过习题来加深理解。

以下是一些激光原理与技术的习题答案，供参考。

习题1：解释激光的产生机制。

激光的产生基于受激辐射原理。

当原子或分子被外部能量激发到高能级后，它们会自发地返回到较低的能级，并在此过程中释放出光子。

如果这些光子能够被其他处于激发态的原子或分子吸收，就会引发更多的受激辐射，形成正反馈机制，最终产生相干的光束，即激光。

习题2：描述激光的三个主要特性。

激光的三个主要特性是：1. 单色性：激光的波长非常窄，频率非常一致，这使得激光具有非常纯净的光谱特性。

2. 相干性：激光束中的光波在空间和时间上具有高度的一致性，使得激光束能够保持稳定的光强和方向。

3. 方向性：激光束的发散角非常小，几乎可以看作是平行光束，这使得激光能够聚焦到非常小的点上。

习题3：解释激光在通信中的应用。

激光在通信中的应用主要体现在光纤通信。

光纤通信利用激光的高亮度和方向性，通过光纤传输信息。

光纤是一种透明的玻璃或塑料制成的细长管，激光在其中传播时损耗非常小，可以实现长距离、大容量的信息传输。

激光通信具有抗干扰性强、传输速度快等优点。

习题4：讨论激光在医疗领域的应用。

激光在医疗领域的应用非常广泛，包括激光手术、激光治疗和激光诊断等。

激光手术可以用于精确切除病变组织，减少手术创伤；激光治疗可以用于治疗皮肤病、疼痛管理等；激光诊断则可以用于无创检测和成像，提高诊断的准确性。

习题5：解释激光冷却的原理。

激光冷却是利用激光与原子或分子相互作用，将它们冷却到接近绝对零度的过程。

当激光的频率略低于原子或分子的自然频率时，原子或分子吸收光子后会向激光传播的反方向运动，从而损失动能。

这个过程被称为多普勒冷却。

通过这种方法，可以实现对原子或分子的精确控制和测量。

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。

激光原理与技术答案
激光原理及技术相关的问题较为广泛，以下是一些可能的
答案：
1. 激光的原理是通过光的受激辐射产生一种高度单色、高
度方向一致并具有相干性的光。

这是通过将活性物质置于
一个光学腔中，通过激光器提供的能量，激发活性物质中
的电子跃迁，产生光子受激辐射，最终得到激光。

2. 激光技术在许多领域有广泛应用。

例如，医学领域中的
激光手术可以精确切割组织，减少出血和伤口，加速恢复。

在通信领域，激光器用于光纤通信系统中的信号传输。

此外，激光还用于测距、测速、材料加工、激光打印、光刻、激光雷达等领域。

3. 激光的主要特点包括聚焦度高、方向性好、单色性好和
相干性好。

这些特点使得激光可以用于精确控制光束的传
播方向、聚焦到非常小的区域以及进行高精度的测量和加工。

4. 激光器的种类包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器和液体激光器等。

不同类型的激光器具有不同的工作原理和特点，适用于不同的应用领域。

5. 激光的产生和操作涉及多个关键技术，例如激光的泵浦方式、活性物质的选择、腔体的设计和模式控制等。

这些技术的发展和创新推动了激光技术的进步和应用的拓展。

6. 激光的安全问题也需要引起重视。

激光束具有很高的能量密度，如果不正确使用和操作，可能会对人体和环境造成危害。

因此，正确的激光防护和安全措施也是激光技术应用中必须注意的问题之一。

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/应为多大？解： 10101032861000106328--⨯=⨯=λ=λλ∆=.L R c(2) =5000Å的光子单色性/=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 Rph 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、c 、Q 、c (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 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0.01，求此激光器的无源腔本征纵模的模式线宽。

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。

目录一、国际上激光发展历史上的一些关键发明与发现。

(1)二、中国激光技术发展 (2)三、激光器的组成： (2)四、全固态激光器： (2)五、高斯光束的几个基本参数 (3)六、描述高斯光束传输的ABCD定律。

(3)七、往返传输矩阵 (3)八、可能存在的激光波阵面的种类。

(3)九、调Q激光器的基本工作原理，调Q技术的种类， (3)十、锁模技术的种类，锁模激光特点。

(4)十一、什么叫相位匹配，能够以单轴晶体为例说明相位匹配的种类。

(4)十二、能够画出电光调Q倍频激光器的结构示意图。

(4)十三、能够画出连续和准连续内腔双通倍频激光器的结构示意图。

(4)十四、能够画出Spectrum Physics公司的全固态绿光激光器的结构示意图。

(4)十五、什么叫参量振荡器，参量振荡器的种类。

(4)十六、激光放大器及其种类，并能画出结构示意图，行波放大器的优点。

(5)十七、再生放大技术和种类。

(5)十八、激光安全防护措施。

(5)一、国际上激光发展历史上的一些关键发明与发现。

1.1958年，肖洛和汤斯提出了“激光原理”，发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。

2.1958年，巴索夫提出利用半导体制造激光器的可能性3.1962年，玻璃体激光器；拉曼激光；GE公司的Hall第一台GaAs半导体激光器问世。

4.1963年发明光纤激光器。

瓦级光纤激光功率输出的技术飞跃在1990年得到了实现，当年一台4瓦的掺铒光纤激光器被报道。

5.1963年，N2激光器；及紫外激光器。

6.1964年，首次实现全固态激光器输出；离子激光器；染料饱和调Q；锁模激光；CO2激光器；高温YAG连振荡；电子束激励CdS激光器。

7.1965年，化学激光；光参量振荡；色心激光；第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。

8.1966年，染料激光器问世；第一台Ｘ射线激光器研制成功，亚皮秒脉冲（fs)9.1968年，巴索夫还利用大功率激光器产生了热核反应；麦道公司全固态Nd:YAG1064nm激光器1.4mW。

习题一1、为使氦氖激光器的相干长度达到1m ，它的单色性参数R 应为多大？（光波长为λ=0.6328μm ）解： 7610328.61106328.0−−×=×==Δ=c L R λλλ2、中心频率为ν0=4×108MHz 的某光源，相干长度为2m ，求此光源的单色性参数R 及光谱函数的线宽。

解：m c6148001075.0104103−×=××==νλ 7661075.310375.021075.0−−−×=×=×==c L R λννΔ=RMHz R 1501041075.3870=×××==Δ−νν 3、中心波长为λ0=0.6μm 的某光源单色性参数为R=10-4，求此光源的相干长度与相干时间。

解：c L R 0λ= mm m R L c 6106.010106.02460=×=×==−−−λ s c L t c c 1183102103106−−×=××==4、为使光波长等于λ=630nm 的激光器相干时间达到10-5s ，求它的单色性参数R 。

解：10589101.21010310630−−−×=×××===c c ct L R λλ5、中心频率为ν0=4×1014Hz 的某光源单色性参数为R=10-5，求此光源的相干长度。

解： c c L c L R νλ==, m R c L c 75.0104101031468=×××==−ν6、求相干长度为2m 的某光源线宽。

解：MHz Hz L c t c c 150105.12103188=×=×===Δν7、某光源光波长为λ=4000Å，为使距离此光源D=1m 处的相干面积达到2mm 2，求此光源面积应为多大？解：22862102208.0108102)104000(mm m A D A c s =×=××==−−−λ8、某光源面积为A s =5cm 2，波长为λ=6000Å,求距光源D=1m 处的相干面积解：24210421022102.7102.7105)106000(mm m A D A s c −−−−×=×=××==λ9、氦氖激光器出射光斑的半径为r=3mm ，单色性参数R=10-5，求1m 处的相干面积与相干体积。

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。

1、从激光束的特性分析，为什么激光束可以用来进行激光与物质的相互作用？答：（1）方向性好：发散角小、聚焦光斑小，聚焦能量密度高。

（2）单色性好: 为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。

（3）亮度极高：能量密度高。

（4）相关性好：获得高的相关光强，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来。

总之，激光能量不仅在空间上高度集中，同时在时间上也可高度集中，因而可以在一瞬间产生出巨大的光热，可广泛应用于材料加工、医疗、激光武器等领域。

2、什么是焦深，焦深的计算及影响因素？答：光轴上其点的光强降低至激光焦点处的光强一半时，该点至焦点的距离称为光束的聚焦深度。

光束的聚焦深度与入射激光波长和透镜焦距的平方成正比，与w12成反比，因此要获得较大的聚焦深度，就要选长聚焦透镜，例如在深孔激光加工以及厚板的激光切割和焊接中，要减少锥度，均需要较大的聚焦深度。

3、对于金属材料影响材料吸收率的因素有哪些？在目前激光表面淬火中常对工件进行黑化处理，为什么？答：波长、温度、材料表面状态波长越短，金属对激光的吸收率就越高温度越高，金属对激光的吸收率就越高材料表面越粗糙，反射率越低，吸收率越大。

提高材料对激光的吸收率4、简述激光模式对激光加工的影响，并举出2个它们的应用领域？答：基模光束的优点是发散角小，能量集中，缺点是功率不大，且能量分布不均。

应用：激光切割、打孔、焊接等。

高阶模的优点是输出功率大，能量分布较为均匀，缺点是发散厉害。

应用：激光淬火（相变硬化）、金属表面处理等。

5、试叙述激光相变硬化的主要机制。

答：当采用激光扫描零件表面，其激光能量被零件表面吸收后迅速达到极高的温度，此时工件内部仍处于冷态，随着激光束离开零件表面，由于热传导作用，表面能量迅速向内部传递，使表层以极高的冷却速度冷却，故可进行自身淬火，实现工件表面相变硬化。

6、激光淬火区横截面为什么是月牙形？在此月牙形区相变硬化有什么特点？特点：A,B部位硬化，C部位硬化不够原因：A,B部位接近材料内部，热传导速率大，可以高于临界冷却速度的速度冷却，因此可充分硬化，而C部位热传导速率小，不能以高于临界冷却速度的速度冷却，因此硬化不够。