工业大学激光原理及应用期末考试试卷及答案

激光原理及应用考试时间:第18周星期五(2007年1月5日)一单项选择（30分）1．自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为（B）2．爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为（C）3．自然增宽谱线为（C）（A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型4．对称共焦腔在稳定图上的坐标为（B）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）5．阈值条件是形成激光的（C）（A）充分条件（B）必要条件（C）充分必要条件（D）不确定6．谐振腔的纵模间隔为（B）7．对称共焦腔基模的远场发散角为（C）8．谐振腔的品质因数Q衡量腔的（C）（A）质量优劣（B）稳定性（C）储存信号的能力（D）抗干扰性9．锁模激光器通常可获得（A）量级短脉冲10．YAG激光器是典型的（C）系统（A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级二填空（20分）1.任何一个共焦腔与等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。(4分)2.光子简并度指光子处于、、、。（4分）3．激光器的基本结构包括三部分，即、和。（3分）4．影响腔内电磁场能量分布的因素有、、。（3分）5．有一个谐振腔，腔长L=1m，在1500MHｚ的范围内所包含的纵模个数为个。（2分）6．目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是、、和。（4分）三、计算题（42分）1．（8分）求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。已知＝6328Å，1/f()＝109Hz，＝1，设总损耗率为，相当于每一反射镜的等效反射率R＝l－L＝98.33％，＝10—7s，腔长L＝0.1m。2．（12分）稳定双凹球面腔腔长L＝1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为R1＝1.5m,R2＝3m求它的等价共焦腔腔长，并画出它的位置。（12分）从镜面上的光斑大小来分析，当它超过镜子的线度时，这样的横模就不可能存在。试估算在L＝30cm,2a=0.2cm的He-Ne激光方形镜共焦腔中所可能出现的最高阶横模的阶次是多大？4．（10分）某高斯光束的腰斑半径光波长。求与腰斑相距z=30cm处的光斑及等相位面曲率半径。四、论述题（8分）1．（8分）试画图并文字叙述模式竞争过程激光原理及应用（A）卷答案及评分标准：一、（30分）BCCBCBCCAC二、（20分）.无穷多个稳定球面腔(2分)唯一(2分)2.处于一个光子态的平均光子数(1分)处于同一模式的光子数(1分)相干体积内偏振一样的光子数(1分)处于同一相格中的偏振一样的光子数(1分)3．工作物质、激励能源、光学谐振腔（3分）4．(1分)(1分)(1分)10（2分）6．固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器（4分）三（42分）1（8分）解；2（12分）解：假设所要求的等价共焦腔的共焦参数为f，以等价共焦腔中点为z坐标的原点，M1，M2两镜的z坐标为z1和z2，有代入数值L＝1m,R1＝1.5m,R2＝3m得：（3分）等价共焦腔腔长（1分）位置如上图所示。（4分）3．（12分）解：高阶模沿x,y方向的光斑半径分别为（2分）基模光斑半径：（3分）横模存在时，要求满足（2分）即：（2分）即，同理有：故可能出现的最高阶横模的阶次是7。（3分）4（10分）解：光斑半径:等相位面曲率半径:四、论述题（8分）1．（8分）答：图中q-1，q-2，q，q+1，q+25个纵模满足阈值条件，随着外界激发的增强，则纵模的光强增长，但是，光强增加时，引起增益饱和作用，增益——频率下降，曲线变扁，使曲线1变为曲线2，q-2，