激光原理及应用

1、激光原理及应用 试卷 班级 姓名 成绩 一 填空题（2×16=32分）1. 受激辐射的特点是：（1）只有外来光子的 时，才能引起受激辐射；（2）激励发射出的光子与外来光完全相同，即 相同， 相同， 相同， 相同。而使受激辐射大于吸收的条件是实现 。2. 引起谱线增宽的原因主要有三种，即 、 、 。它们的线型函数有两种，分别是 、 。3. 激光器的基本结构包括 ，光学谐振腔和 三个部分。其中光学谐振腔有三个方面的作用；（1） （2） （3） 二 问答题。（3×10=30分）1. 叙述用饱和吸收法稳频的工作原理。2. 简要叙述激光器稳定出光的过程。3. 什么是调Q技术？给出原理

2、图，并叙述声光调Q技术的原理。三 计算题。（20分）1. (a)要制作一个腔长L80cm的对称稳定腔，反射镜的曲率半径取值范围如何？(b)稳定腔的一块反射镜的曲率半径R16L，求另一面镜的曲率半径取值范围。2. 考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔，波长0.5145mm，腔长L1m，腔镜曲率半径R1=1.5m，R2=4m。试计算光腰尺寸和位置，两镜面上的光斑尺寸，并画出等效共焦腔的位置。四 设计题（18分）利用激光外差干涉技术设计一个位移测量装置。要求给出原理图，并且阐述其工作原理。激光原理及应用 试卷 (答案)填空题（2×16=32分）1. 能量（高能级上电子跃迁到低能级的能量差）。

3、频率；位相，偏振方向，传播方向。2. 自然增宽，碰撞增宽，多谱勒增宽， 洛仑兹线型函数，高斯型线型函数。3. 激光工作物质； 激励能源； 加长光在增益介质中光程以提高光能密度；提高光的方向性；提高单色性。二 问答题。（3×10=30分）1. 答：饱和吸收法稳频在激光谐振腔中除了激光管外，还加了一个充有特定气体的吸收管。与激光输出功率曲线的兰姆凹陷相似，在吸收介质的吸收曲线上由于“饱和吸收”现象而存在一个吸收凹陷。该吸收凹陷的宽度较谱线的宽度窄。当激光频率在中心频率附近有微小的变化就会引起输出功率的显著变化，输出功率的变化量以两倍的搜索信号频率变化；当激光频率在中心频率处时，输出功率的

4、变化量的频率等于搜索信号频率。因此通过对输出功率变化的检测，输出一个与功率变化相对应的信号去控制腔长，从而把频率稳定在中心频率处。2. 答：激光增益介质在激励源的激励下造成一定数目的粒子数反转分布，高能级上的粒子不稳定会产生自发辐射光，增益介质对这些最初始的自发辐射光有一定的增益系数，此时的增益要大于谐振腔的总损耗，光在谐振腔中往返传播一周增加的量大于损耗的量，因此光在谐振腔中逐步得到放大；当光继续被放大到一定强度可与激光器的饱和光强可比拟时，光强将使介质的增益系数产生饱和效应，当增益系数逐步下降到等于谐振腔的总损耗系数时，光在腔中往返一次被增加的量等于损耗的量，此时激光器即发出稳定的光强。3

5、. 答：调Q技术是指用调节谐振腔的Q值以获得激光巨脉冲的技术。原理图如下图所示。声光器件在腔内按布喇格条件放置。当加上超声波时，光束按布喇格条件决定的方向偏折，从而偏离了谐振腔的轴向。此时腔的损耗严重，Q值很低，不能形成激光振荡。在这一阶段，增益介质在光泵激励下，亚稳态上的粒子数大量积累。一定时间后，撤去超声场，光束顺利地通过均匀的声光介质，不发生偏折，使得腔的Q值升高，从而得到一个强的激光脉冲输出。三 计算题。（20分）1. 答：（a）； （b）2. 答： （1）束腰半径（2）束腰位置m；（3）两镜面上的光斑尺寸分别为：（4）四 设计题（18分）答：双频激光干涉仪的位移测量装置原理图如下图所

6、示，其中氦氖激光器上沿轴向施加以磁场，由于塞曼效应激光被分裂成有一定频率差的左旋偏振光和右旋偏振光。通过1/4波片后和变成相互垂直的线偏振光，又被分束镜分成两束,其中一束反射到主截面与相互垂直的两线偏振光的偏振方向成45度的检偏器，产生拍频信号。光电探测器对两倍光频的和频信号没有响应，接收到的只是频率为的参考差频信号。另一束光透过分束镜向前传播进入偏振分光棱镜后，偏振方向垂直纸面的被完全反射，偏振方向在纸面内的完全透射。再经由参考臂反射镜和测量臂反射镜反射回来合束，通过类似检偏器的检偏器，产生的拍频信号被光电探测器接收。由于测量反射镜以速度运动，光的多普勒效应使由返回光的频率产生多普勒频移（正负号取决于测量反射镜的运动方向），接收到的测量信号频率为。将测量信号与参考信号进行同步相减便得到多普勒频移，多普勒频移对测