激光原理试题

1、物理专业2006级本科激光原理及应用期末试题（A卷答案）一、简答题激光器的基本构造包括三个部分，简述这三个部分答：激光工作物质、激励能源（泵浦）和光学谐振腔；物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁，简述这两种跃迁的差异。答：粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁，辐射跃迁必定满足跃迁定则；非辐射跃迁表示在不一样样的能级之间跃迁时其实不陪伴光子的发射或汲取，而是把节余的能量传给了其他原子或汲取其他原子传给他的能量。激光谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽，简述这两种加宽的产活力理、谱线的基本线型。答：假如惹起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽。自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加

2、宽种类。非均匀加宽是原子系统中每一个原子只对谱线内与它的表观中心频次相应的部分有贡献。多普勒加宽和固体晶格弊端属于非均匀加宽。简述均匀加宽的模式竞争答：在均匀加宽的激光器中，开始时几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争，结果老是凑近中心频次的一个纵模获胜，形成坚固的振荡，其他的纵模都被控制而熄灭。这种情况叫模式竞争。工业上的激光器主要有哪些应用为什么要用激光器答：焊接、切割、打孔、表面办理等等。工业上应用激光器主要将激光做热源，利用激光的方向性好，能量集中的特点。说出三种气体激光器的名称，并指出每一种激光器发出典型光的波长和颜色。答：He-Ne激光器，（红光），Ar+激光器，（绿光），CO

3、2激光器，m（红外）全息照相是利用激光的什么特点的照相方法全息照相与一般照相比较有什么特点答：全息照相是利用激光的相关特点的。全息照片是三维成像，记录的是物体的相位。二、证明题：（每题6分，共18分）1.证明：由黑体辐射普朗克公式8h31c3heKT1导出爱因斯坦基本关系式：A218h3nhB21c3三、计算题1由两个凹面镜构成的球面腔，如图。凹面镜的曲率半径分别为2m、3m，腔长为1m。发光波长600nm。（1）求出等价共焦腔的焦距f；束腰大小w0及束腰地点；（2）求出距左侧凹面镜向右米处的束腰大小w及波面曲率半径R；解:(0)激光腔坚固条件(1L)(1L)R1R2(11)(11)2313此

4、腔为坚固腔。(1)f2LR1LR2LR1R2L121312311.125LR1L21212R23得，f=1mz1LR2L1310.667mLR1LR21213即束腰地点距R1左侧处w0Lf16001093m20.4370103.1415926(2)距左侧凹面镜向右3.333米处，经计算为距束腰4米处。22wzw01z0.4370103141.8103mf1Rzzf14117m4.25mf144fz3氦氖激光器中Ne20能级2S2-2P4的谱线为m。这条谱线的自觉辐射几率A为106s-1秒,放电管气压P260帕;碰撞系数700KHz/帕;激光温度T=400K;M=112;试求:均匀线宽H;多普勒

5、线宽D;分析在气体激光器中,哪一种线宽占优势解:(1)自然加宽:碰撞加宽:均匀加宽:（2）多普勒线宽:N1A6.541061.0408106Hz2s22Lp7001032601.820108HzHNL1.04081061.8201081.830108Hz117.16107T27.16107310840028D0M15228110Hz（3）依照上述结论，该激光器多普勒线宽占优势4红宝石激光器中，Cr3+粒子数密度差n=61016/cm3,波长=,自觉辐射寿命s=310-3s,折射率。仅考虑自然加宽见效,上下能级简并度为1。试求(1)该激光器自觉辐射系数A21;线型峰值g

6、%0;中心频次处小信号增益系数g0;中心频次处饱和增益系数g解:(1)A211313s1s10(2)%024s12103gNN（3）中心频次处小信号增益系数g0u2A21%6101610631082103694.31092103n2g0833108212801.762.6155109中心频次处饱和增益系数g是小信号增益系数的一半为:109一束Ar+高斯激光束，束腰半径为0.41mm，束腰地点恰幸亏凸透镜前表面上，激光输出功率为400w(指有效截面内的功率)，透镜焦距为10mm，计算Ar+激光束经透镜聚焦后，焦点处光斑有效截面内的均匀功率密度。(Ar+激光波长解：透镜前的q1参数为q1ifi0123.14159260.411032i514.5109应用ABCD定理求出q2，Aq1B1iq2D1Cq2101031.0264ii00.0001i0.01i1束腰地