激光原理第一次习题

激光原理习题激光原理习题 I I（2014042920140429） 1.热平衡时，原子能级热平衡时，原子能级 E2E2 的数密度为的数密度为 n2n2，下能级，下能级 E1E1 的数密度为的数密度为 n1n1，设，设，求：，求：(1)(1) 21 gg 当原子跃迁时相应频率为当原子跃迁时相应频率为 3000MHz3000MHz，T T300K300K 时时 n2/n1n2/n1 为若干。为若干。(2)(2)若原子跃迁时发光若原子跃迁时发光 波长波长1 1 ，n2/n1n2/n10.10.1 时，则温度时，则温度 T T 为多高？为多高？ 2.2.如果我们没有考虑原子能级如果我们没有考虑原子能级 E E2 2、E E1 1具有一定的宽度，而假设能级是无限窄的，可以认为自具有一定的宽度，而假设能级是无限窄的，可以认为自 发辐射是单色的，但实际上该辐射都是有一定的宽度（光谱线宽）发辐射是单色的，但实际上该辐射都是有一定的宽度（光谱线宽） ，请画图来表示光谱线，请画图来表示光谱线 宽；什么叫谱线加宽以及谱线加宽的因素和类型。宽；什么叫谱线加宽以及谱线加宽的因素和类型。 3.3.光的相干的含义。什么叫时间相干性和空间相干性。光的相干的含义。什么叫时间相干性和空间相干性。 4.4.为什么在紫外区乃至为什么在紫外区乃至 X X 光区段的激光发射条件，比在可见、红外区实现受激发射要困难得光区段的激光发射条件，比在可见、红外区实现受激发射要困难得 多。多。 5.5.谐振腔有哪几个作用谐振腔有哪几个作用? ?谐振腔驻波条件是什么谐振腔驻波条件是什么? ? 6.6.什么叫激光器的横模和纵模？并用图来举例表示。什么叫激光器的横模和纵模？并用图来举例表示。 7.7.He-NeHe-Ne 激光器激光器，其谱线半宽度，其谱线半宽度，问，问为多少？要为多少？要 m63 . 0 m 12 10/ 使其相干长度达到使其相干长度达到 1000m1000m，它的单色性，它的单色性应是多少？应是多少？ / 8.8.He-NeHe-Ne 激光器腔长激光器腔长 L=250mmL=250mm，两个反射镜的反射率约为，两个反射镜的反射率约为 98%98%，其折射率，其折射率 =1=1，已知，已知 NeNe 原子原子 处谱线的处谱线的，问腔内有多少个纵模振荡？，问腔内有多少个纵模振荡？ m6328 . 0 MHz F 1500 光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽约为多少？约为多少？ 9.9.设平行平面腔的长度设平行平面腔的长度 L=1mL=1m，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率，求在，求在 90. 0 1500MHz1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？ 10.10.已知已知 COCO2 2激光器的波长激光器的波长处光谱线宽度处光谱线宽度，问，问 m60.10MHz F 150 腔长腔长 L L 为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率=1=1） 。 11.11.NdNd3 3YAGYAG 激光器的激光器的波长处光谱线宽度波长处光谱线宽度， m06 . 1 MHz F 5 1095 . 1 当腔长为当腔长为 10cm10cm 时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？ 12.12.某激光器波长某激光器波长，其高斯光束束腰光斑半径，其高斯光束束腰光斑半径。 m7 . 0 mm5 . 0 0 求距束腰求距束腰 10cm10cm、20cm20cm、100cm100cm 时，光斑半径时，光斑半径和波阵面曲率半径和波阵面曲率半径各为多各为多 )(z)(zR 少？少？ 根据题意，画出高斯光束参数分布图。根据题意，画出高斯光束参数分布图。 13.13.He-NeHe-Ne 激光器波长激光器波长，采用平凹腔，其中凹面反射镜，采用平凹腔，其中凹面反射镜 R=100mR=100m 时：时： m6328 . 0 分别计算当腔长为分别计算当腔长为 10cm10cm、30cm30cm、50cm50cm、70cm70cm、100cm100cm 时两个反射镜上光斑尺寸时两个反射镜上光斑尺寸 W W平 平和 和 W W 凹凹。 。 根据题意，画出光斑尺寸根据题意，画出光斑尺寸 W W平 平和 和 W W凹 凹随腔长 随腔长 L L 变化曲线。变化曲线。 14.14.比较激光振荡器和放大器的异同点。比较激光振荡器和放大器的异同点。 15.15.试说明红宝石激光器的谱线竞争。试说明红宝石激光器的谱线竞争。 16.16.说明选单模（横、纵）的意义和方法。说明选单模（横、纵）的意义和方法。 17.17.钕玻璃激光工作物质，其荧光线宽钕玻璃激光工作物质，其荧光线宽 ，折射率，折射率 n=1.50n=1.50，若用短腔，若用短腔 nm D 0 . 24 选单纵模，腔长应为多少？选单纵模，腔长应为多少？ 18.18.画出画出 NdNd+3 +3-YAG -YAG 的能级图。的能级图。 19.19.列举激光输出波长在可见光范围内的激光器，并按工作物质的性质分类和指出各个波列举激光输出波长在可见光范围内的激光器，并按工作物质的性质分类和指出各个波 长所对应的颜色。长所对应的颜色。 20.20.列举输出波长在红外波段的激光器。列举输出波长在红外波段的激光器。 21.21.半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知半导体