f
华中科技大学 2012 年《激光原理》期末试题 (A)
题 号
一
二
三
四
总分
复核人
得 分
线
评卷人
一. 填空 : （每孔 1 分，共 17 分）
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。 三、问答题：（共 32 分，每小题 8 分）
题 号
一 二 三 四 合计
得 分
1. 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组 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
。
号
2. Nd:Y A G 激光器可发射以下三条激光谱线
946 nm 、 1319
nm 、 1064
nm 。其
座
封
中哪两条谱线属于四能级结构 1319
nm 、 1064
nm 。
dn 3 dt dn 2 dt
n 0W 03 n 3 S 32
f 2 2 n 1
f 1
A 31
21
, 0 N l
n 2 A 21
S 21
n 3S 32
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
。
dn 0
n s
dt 1 10 n 1 n 2 n 3 n 0W 0 n 3A 30
n 0 n
密
dN l n
f 2
n ,
N
N l
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
dt
率和生成激光的光子速率
相等.
E 3
7. 调 Q 技术产生激光脉冲主要有 锁 模 、 调 Q 两种方法。
名 线 二、解释概念：（共 15 分，每小题 5 分） ( 选作 3 题)
2
1
21
l
1
Rl
S 32
E 2
题 号
一 二 三 合计
姓
得 分
1. 基模高斯光束光斑半径：
班 封 1 W 03
A 03
S 03
S 21
E 0
A 21
W 21
W 12
E 1
、 激光光强下降为中心光强
系
2. 光束衍射倍率因子
点所对应的光斑半径 .
e
2
密
光束衍射倍率因子 =
实际光束束腰半径基膜高斯光束束腰半径
实际光束远场发散角 基膜高斯光束远场发散 角
3. 一般稳定球面腔与共焦腔的等价关系：
n
2 1
2. 一两块球面镜组成的直腔， 腔长为 L ，球面镜的曲率半径分别为 R 1 和 R 2，写出其往返矩阵的表达式。
答:往返矩阵为 :
答.电光晶体两端加一定电压，使沿 x 方向的偏振光通过电光晶体后，沿 轴两方向偏振光的位相差为 ，电光晶体相当于 1/4 波片，光束两次通过电光晶体时，偏振方向旋转 90°，偏振方向与偏振片检偏方向垂直，光束无法通过检偏片，腔内损耗高， 激光无法振荡 ; 突然撤除电压后，损耗迅速下降，上能级反转粒子数迅速转化为激光 脉冲输出 .
1 L 1 线 T
0 1
0 1 L 1 0 1 0 1
1
R 2
R 1
号座
封
3. 什么是对成共焦腔 ,计算对成共焦腔 g 参数.:
答: 对成共焦腔 :R 1=R 2=L 对成共焦腔 g 参数 .:
四． 计算题（ 36 分）
题 号
一 二 三 四 合计
得 分
1. 试计算连续功率均为 1W 的两光源，分别发射
＝ 0. 5000 m ， =3000MHz 的光，每秒从上
能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？（
8 分）
密
g 1 L 0
R 1 L g 2 1
R 2
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：
P nh
nh c g g 1g 2
名 线
由此可得：
n
P P 4. 画出声光调 Q 激光器原理图，说明声光调
Q 基本原理？
h
hc
姓
其中 h
6.626 10 34
J s 为普朗克常数， c 3 108
m/s 为真空中光速。
所以，将已知数据代入可得：
=500nm 时：
班 封 、 =3000MHz 时：
系
n=2.5 1018s -1 n=5 1023s
-1
密
2
，
q
q q
H q 解：设腔内各处光强相同
2. 今有一球面腔，R1 1.5m R21m ，L＝80cm。试证明该腔为稳定腔；求出它的等价腔外出射光强：I out I (1 R)
共焦腔的参数。（9）
输出功率: P
out I
out
A I (1 R) A A 为光斑面积
封解：g 1 =1-
L
=0.47 g 2 =1-
R 1
L
=1.8 ，g 1g 2 =0.846
R 2腔内平均光强：I v I I 0.5I v 即：0< g 1g 2<1，所以该腔为稳定腔。
号
由公式（ 2.8.4）座则得：P out
由于稳态时：
TA 0.5I
q
TA
g H v q , I v g t / l
Z 1 = L R 2 L =-1.31m g 0 v g 0 v l
密L R
1
L
L R 2
R1 L
且g H v q , I v
q1
H
I v
q
q
I s v q
g t则得：
l
I v
q
H q
I s v q1
Z 2 = =-0.15m 1 g 0l L R 1 L R 2
2 L R1 L R 2 L R1 R 2 L 2
P out
H q
ATI s q1
2
f =
2=0.25m
线
f=0.5m
L R1L R 2
3. 3. 一均匀加宽激光器，其输出耦合镜透射率为T(T<<1), 求其在单纵模条件下输名
出功率表达式.( 已知均匀加宽激光介质增益表达式为姓
封
g H ( q )班
、
系
密0
(v )
(1
I v l
I s (v q)
线
q g
I I
q q
I
q
