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华科考研激光原理2002--2014真题2014年一.解释题1.描述自然加宽和多普勒加宽的成因，说明他们属于什么加宽类型。
(15)2.描述一般稳定腔和对称共焦腔的等价性。
(15)3.增益饱和在连续激光器稳定输出中起什么作用？ 谱线加宽是怎样影响增益饱和特性的？(15)4.说明三能级系统和四能级系统的本质区别，哪个系统更容易形成粒子数反转，为什么?(15)二．解答题1. 一个折射率为η,厚度为d 的介质放在空气中，界面是曲率半径为R 的凹面镜和平面镜。
（1）求光线从空气入射到凹面镜并被凹面镜反射的光线变换矩阵。
（2）求光线从凹面镜进入介质经平面镜反射再从凹面镜射出介质的光线变换矩阵。
（3）求光线从凹面镜进入介质再从平面镜折射出介质的光线变换矩阵。
(25)2. 圆形镜共焦腔的腔长L=1m ，（1）求纵模间隔q υ∆，横模间隔m υ∆,n υ∆. (2)若在增益阈值之上的增益线宽为60Mhz ，问腔内是否可能存在两个以上的纵模震荡，为什么？(25)3. 虚共焦型非稳腔的腔长L=0.25m ，由凹面镜M1和凸面镜M2组成，M2的曲率半径和直径为m R 12-=,cm a 322=,若M2的尺寸不变，要求从M2单端输出，则M1的尺寸为多少；腔的往返放大率为多少。
(20)4. 某连续行波激光放大器，工作物质属于均匀加宽型，长度是L ，中心频率的小信号增益为m G ，初始光强为0I 中心频率饱和光强为s I ，腔内损耗系数为i α (m i G <<α),试证明有：（20）sL L m I I I I I L G 00ln -+= (提示：I dz dI G i =-α, s m I I G +=1G 构造微分方程) 2013年一、简答：1.说出激光器的两种泵浦方式，并分别举个例子。
2.什么是空间烧孔？并说明对激光器模式的影响。
3.试写出二能级的速率方程。
并证明二能级不能产生自激震荡（设f1=f2）。
《激光原理》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程简介本课程是“光电器件加工”课程模块中的专业核心课程，以培养应用能力突出、能适应工作变化和具有创新素质的学生为目标，在教学内容上，将理论教学与案例教学有机地结合进行知识点讲解，注重培养学生运用基础物理知识分析解决激光相关问题的能力；在教学模式上，采用研讨式的教学模式，注重引导学生对激光技术相关领域的核心问题已有的解决方案进行分析比较，培养学生的问题分析能力。
在培养学生熟练掌握激光器结构、工作原理、调Q技术与锁模技术的基础上，提升学生的综合能力和解决复杂问题的能力，为学生成为新一代技术应用型人才奠定基础。
三、课程目标及对毕业要求（及其指标点）的支撑四、教学内容及进度安排五、课程考核六、教材及参考资料(一)课程教材1.《激光原理及应用》（第3版），陈鹤鸣等编著，电子工业出版社，2017(二)参考教材及网站1.《激光原理》（第7版），周炳琨等编著，国防工业出版社，2014。
2.《激光原理及应用》（第3版），陈家璧等编著，电子工业出版社，2013。
3.《激光原理及技术》，电子科技大学，刘志军等主讲，中国大学慕课。
编写人：审核人：审批人：审批日期：附件：各类考核与评价标准表（1）考试方式及占比：采用闭卷笔试，考试成绩100分，占课程考核成绩的60%。
（2）评定依据：考试成绩的评定根据试卷参考答案和评分标准进行。
（3）考试题型：可以包含单项选择题、填空题、简答题、计算题和设计题。
（4）考试内容：对学生综合运用激光物理的基本概念、基本原理进行问题分析能力的考核，不仅包括对各章节知识点的独立考核，还需要包括综合考虑多种激光器性能与控制的改善方案，实现技术分析和解决复杂工程问题能力的考核。
激光束的原理激光束是一种高度聚焦且高度定向的光束，由于其独特的性质和各种应用而备受关注。
激光被定义为一种特殊的光波，其具有极高的光强度和长时间的相干性。
在此解释激光束的原理。
1. 激光的产生激光产生的原理是通过激活某些原子或分子，在激活后，这些原子或分子会从高能状态回到低能状态，由此释放出光子。
这种产生光子的过程称为激发发射，是激光的能源来源。
主要有三种方法产生激发发射：(1)自发辐射：当原子或分子处于激发态时，它们会自发地向低能级跃迁并释放出光子。
(2)受激辐射：当光子与处于激发态的原子或分子相遇时，这些粒子会被激活并释放出相同的光子，形成同相位同频率的光束。
(3)电子跃迁：在激发态的原子或分子中，电子跃迁到低能态时会产生光子。
2. 激光输出之前的准备工作在输出激光之前，需要对产生的激光进行一系列的处理。
其中的两个关键步骤是增益介质和反射。
(1) 增益介质：激光产生时会有大量的光子形成，但并非所有的光子都能决定激光的输出。
只有一小部分光子会被增益介质吸收，并将它们的能量传递给其他未被激活晶体的电子。
随着输运和传输，这些电子之间形成的能量导致更多的光子释放。
(2) 反射：如果激光束一直保持在增益介质中，那么它可能会漂移或分散，导致输出激光变得不准确。
需要一种方法来减少这种漂移和分散，并将大部分光子集中在一起。
反射是减少漂移和分散的方式之一。
通过在增益介质两端放置高反射镜和部分反射镜，可以使大部分光子在镜子之间多次反射，并以高度定向的形式输出激光束。
3. 激光束的特性(1) 高单色性：激光束只产生单一频率的光子，从而使其成为各种精确测量和检测工具的理想选择。
(2) 高相干性：激光束的相位一致，使其在干涉仪和其他光学设备中的使用效果更好。
(3) 高定向性：激光束以高度定向的形式输出，也就是说，大部分的光子都沿着主轴线方向传播。
(4) 高功率密度：激光束中的光子非常聚焦，使得其功率密度远高于常规光波，从而使其成为加工和切割设备中的理想选择。
4.3.1 高斯光束通过薄透镜时的变换
普通球面波在通过薄透镜的传播规律一、普通球面波在通过薄透镜的传播规律1. 透镜的成像公式：
f
1
11=+4-15图4-15 球面波通过薄透镜的变换
s s ′2. 从光波的角度看，当傍轴波（）
二、高斯光束通过薄透镜的变换
当通过薄透镜时, 高斯光束经过薄透镜变换后仍为高斯光束。
若以M
1
表示高斯光束入射在透镜表面上的波面, 由于高斯光束的等相位面为球面经透镜后被转换成另球由于高斯光束的等相位面为球面,经透镜后被转换成另一球
面波面M
2而出射, M
1
与M
2
的曲率半径R
l
及R
2
之间的关
系满足4-16式。
同时,由于透镜很“薄”,所以在紧挨足（6）。
,镜,紧
透镜的两方的波面M
1及M
2
上的光斑大小及光强分布都应该
完全一样。
以w表示入射在透镜表面上的高斯束光斑半径,
w ，表示出射高斯束光斑半径。
图4-16 高斯光束通过薄透镜的变换
高福斌/19
2
f
′R R
w =+z ⎥
=+(345)(344)020()1w z w π⎜⎟
⎝⎠
01R z λ⎢⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦
(3-45)
(3-44)
4-16图416 高斯光束通过薄透镜的变换
4.3.2高斯光束的聚焦4.3.2 高斯光束的聚焦
实际应用中，为了提高激光的光功率密度，需要对高斯光束进行聚焦，即
00
'w w <图4-16 高斯光束通过薄透镜的变换
核心问题：
这与几何光学中的平行光
通过透镜聚焦在焦点上的。
情况类似。
图4-17 短焦距透镜的聚焦
z高斯光束聚焦的方法：
1.采用短焦距透镜，使
2.加大入射光在透镜面处的光斑半径
2.
(1)通过加大
(1)
半径w
从而加大w:
用凹透镜直接加大发散角用两个凸透镜聚焦
22λθ=
(3-40)
w π核心改善光束的方向性缩光束的发散角一、核心问题：改善光束的方向性，即压缩光束的发散角
①用单透镜22λθ=
高斯光束发散角:
(3-40)w π(4-42)
2λ
②用望远镜
首先利用一个短焦距透镜将高斯光束聚焦，获得极图(4-20) 倒装望远镜系统压缩光束发散角
小的腰斑；然后再利用一个长焦距透镜改善光束的方向性达到准直的目的性，达到准直的目的。
(340)2λ=
2(3-40)
2w θπ1"
020
22f w f w λ
λθππ′′⇒==(4-46)
定义高斯光束通过透镜系统后光束发散角的压缩比为。
