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文档简介

1、电子科技大学2012-2013学年第1学期 重新学习 考试课程名称:_激光原理与技术_ 考试形式: 考试日期: 2013年1月 14日 考试时长:120分钟本试卷试题由_部分构成,共_页。题号一二三四五六七八九十合计得分得 分一、选择题(共20分,共 10题,每题2 分)1. 下列哪个实验不能反映光的量子性: C 。A. 黑体辐射 B. 光电效应 C. 牛顿环 D. 普朗克散射2. 关于激光振荡,下列哪种说法是正确的: C 。A. 集居数反转是激光振荡的充分条件; B. 只有驻波腔才能产生激光振荡; C. 集居数反转是激光振荡的必要条件; D. 激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。3. 与普通光源相

2、比,下列哪一个不是激光的特性: D 。A. 相干性好 B. 光子简并度高 C. 同一模式内光子数多 D. 功率高4. 对于开放光学球面两镜腔,下列哪一个不是谐振腔稳定性条件: B 。A. B. C. D. 5. 下列哪一个参数与谐振腔的损耗有关: A 。A. 腔内光子平均寿命 B. 受激发射截面 C. 上能级寿命 D. 谐振腔共焦参数6. 下列哪种加宽不属于均匀加宽: B 。A. 自然加宽 B. 晶格缺陷加宽 C. 碰撞加宽 D. 晶格振动加宽7. 关于受激发射截面,下面表述哪一个是错误的: C 。A. 是具有面积量纲的物理量 B. 与入射光频率有关C. 是原子横截面的面积D. 受激跃迁速率与

3、受激发射截面成正比8. 激光器的阈值增益系数与下列哪一个参数有关: D 。A. 小信号增益 B. 自然加宽谱线宽度 C. 受激发射截面 D. 谐振腔损耗9. 在KDP晶体的纵向电光调制中,半波电压与下列哪个参数无关: A 。A. 晶体尺寸 B. 激光波长 C. 晶体电光系数 D. 晶体折射率10. KDP晶体沿z轴加电场时,由单轴晶体变成双轴晶体,折射率椭球的主轴绕z轴旋转了 A 。A. 45° B. 60° C. 90° D. 180°得 分二、填空题(共20分,共 20空,每空1 分)1. 在光与物质的三种相互作用中, 受激辐射 是产生激光的主要机制

4、,而 自发辐射 所产生的光为非相干光。2. 在三维空腔中,模式数目与频率的 平方 成正比,这个现象称为 频谱浓缩 。3. 任何一个共焦腔可以与 无穷多 个稳定球面镜腔等价,而任何一个稳定球面镜腔只能有 一 个等价共焦腔。4. 在 旁轴 近似下,高斯光束是赫姆霍兹方程的解。5. 在采用KDP晶体的纵向电光调制系统中,使用 四分之一 波片使得通过晶体后的两偏振分量产生附加相位差为 p/2 ,使调制器工作在T=50%的偏置点上。6. 在布拉格声光衍射中,只有入射角等于布拉格角时,在声波面上衍射的光波才满足 相干加强 条件,得到衍射极值。7. 在常规调Q激光器中,当谐振腔损耗很高时,激光器不能振荡,增

5、益介质中的 反转粒子数 不断增大并达到极大值,而后瞬间 增大 谐振腔的Q值,激光器起振并输出巨脉冲。8. 可饱和吸收体是一种非线性吸收介质,在较强激光作用下,其 吸收系数 随光强的增加而减小直至饱和,利用该特性可将其作为 被动 调Q元件。9. 锁模激光器的输出脉冲周期等于 谐振腔环程时间 ,脉冲宽度 反比 于被锁定的纵模数量。10. 被动锁模激光器中,由不规则脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段:线性放大阶段、非线性吸收阶段 、 非线性放大阶段 。11. 用于倍频、差频、和频、光学参量振荡的晶体都是 非对称性 很大的晶体;为获得高效的倍频,必须满足 相位 匹配条件。得 分三、简答题(

6、共10分)1写出激光的自激振荡条件。(4分)答:2写出声光体调制器的三个主要组成部分。(3分)答:声光介质(1分),电声换能器(1分),吸声装置(1分)。3列举三种实现调Q的方式。(3分)答:电光调Q(1分),声光调Q(1分),被动可饱和吸收调Q(1分)。得 分四、简述题( 共30分) 1画出三能级和四能级系统的能级结构图,说明为什么四能级系统更容易实现粒子数反转。(10分)答:三能级和四能级系统的能级结构图分别如下图所示: (3分) (3分) (三能级) (四能级)三能级系统的激光下能级为基态能级,正常情况下基态能级集中了几乎所有的粒子数,需要将至少一半的粒子泵浦到高能级,而后再弛豫到激光上

7、能级才能形成粒子数反转。(2分) 四能级系统的激光下能级粒子数可近似为0,有少量粒子泵浦到激光上能级即可形成粒子数反转,因而比三能级系统要容易的多(2分) 2画出带偏振器的电光调Q激光器的结构图,并简述其工作原理。(10分)答:激光器结构图如下: (4分)(1) YAG晶体在氙灯的光泵下发射自发辐射光,经过偏振棱镜后变成x方向线偏振光。若电光晶体上施加l/4电压,沿x方向的线偏振光通过晶体后,变成圆偏振光,经全反射镜反射回来,再次通过调制晶体,变成沿y方向振动的线偏振光,不能再通过偏振棱镜,电光Q开关处于“关闭”状态,阻断激光振荡的形成。(3分)(2) 待激光上能级反转的粒子数积累到最大值时,

8、突然撤去晶体上的l/4电压,使激光器瞬间处于高Q值状态,产生雪崩式的激光振荡,就可输出一个巨脉冲。(3分) 3评述均匀加宽与非均匀加宽的本质区别,说明均匀加宽激光器易获得单纵模振荡的原因(不考虑空间烧空效应)。(10分)答:(1)对于均匀加宽,加宽的物理机制和谱线加宽的结果对每个原子都是相同的;自发辐射频谱分布上的任何频率处的光,都是所有原子发光的共同贡献,而不是仅仅哪些原子发光的贡献。(3分)对于非均匀加宽,可以将原子进行分类,同类原子具有相同的均匀加宽,不同类原子均匀加宽的中心频率不同;自发辐射频谱分布上的光,不同频处的光是某一类原子发光的贡献,与其它原子无关。(3分)(2)如果有强光存在

9、,均匀加宽的增益系数会整体下降。就是说即使不在强光频率处,增益系数也会下降。因此在激光器起振过程中,最靠近中心频率的纵模优先起振,在稳态下其增益与损耗相等,而由于增益曲线整体下降的特性,其他纵模的增益小于损耗,不能起振,从而获得单纵模振荡(4分)得 分五、计算证明题( 共20分)1证明:在判别谐振腔稳定性时,对长度为,折射率为的增益介质棒,可等效成长度为的自由空间。(5分)证明:自由空间到介质棒的界面的光线变换矩阵为:(1分);光线在介质棒内传播的变换矩阵为:(1分);介质棒到自由空间的界面的光线变换矩阵为:(1分);则光纤穿过此介质棒的变换矩阵为对比自由空间的光线变换矩阵,可知介质棒的等效长度为。(2分) 2如图所示,波长为l=1mm的激光器,全反射镜的曲率半径R=0.4m,距离全反射镜a=0.1m处放置长为b=75mm的介质棒,其折射率=1.5,棒的左右通光面上镀增透膜,介质棒的右端面到输出镜的距离c=50mm,输出镜的厚度不计。(15分)1)判别腔的稳定性;2)求输出镜上的光斑半径;3)在距输出镜d=0.2m处放置F=0.1m薄透镜,求经

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