《激光原理》期末复习试题2套含答案(大学期末复习资料)

PAGEPAGE12选择题（请在正确答案处打√，2×11分）1．根据黑体辐射维恩位移定律，最大辐射强度波长,Å·K,那么人体(300K)时辐射最大属于:(A)可见光(B)近红外(C)√远红外光2.已知自发发射系数与受激发射系数之比,那么对于较短波长激光，例如紫外、X射线激光器相对于长波长激光器产生激光输出将(A)√更难(B)更易(C)与波长无关3．激光腔的 Q因子越大，该腔的输出单色性越高，即(A)√输出光谱带宽越小(B)输出光谱带宽越大(C)光子寿命越小4．电光调Q激光器的调制电压波形一般为(A)√方波(B)正弦波(C)余弦波5．Nd+3:YAG和Ti+3:sapphire(掺钛蓝宝石)激光器中产生激光的物质分别是√(A)Nd和Ti离子(B)YAG和Sapphire(C)Nd和Ti原子6．电光调制器半波电压产生的相位差是(A)90度(B)45度(C)√180度7．一般情况下谐振腔的稳定条件是（）：(A)√，(B)(C)，8．在下列哪一种情况下激光上下能级布居数最容易实现反转(A)二能级系统(B)三能级系统(C)√四能级系统9．精密干涉测量，全息照相，高分辨光谱等要求单色性、相干性高的光源。(A)√单纵模(B)单横模(C)多纵模10．假如各纵模振幅不同，则锁模脉冲的时间和光谱带宽积(A)等于1(B)√(C)011．锁模与调Q激光器中，饱和吸收体的受激态寿命、（驰豫时间）与激光器可能产生的极限脉冲宽度关系是(A)和>，(B)和<(C)√<，>填空题(3×12分)激光光源与普通光源相比，具有哪三方面的优点：（1）单色性高（2）方向性好（3）相干性高（或者亮度高）辐射能量交换的三个基本过程是：（1）受激吸收（2）受激发射（3）自发发射激光器的三个基本组成部分是：（1）工作物质（2）谐振腔（3）驱动源声光调制器的四个组成部分是：（1）声光介质（2）换能器（3）驱动电源（4）吸声和声反射材料试举出常见的四大类锁模的方法：（1）主动锁模（2）被动锁模（3）同步泵浦锁模（4）自锁模假设光场能态密度是，粒子从较低能态（能量E1）过渡到较高能态（能量E2）的受激吸收几率是（1）；粒子从较高能态（能量E2）过渡到较低能态（能量E1）的受激发射和自发发射几率分别是（2）和。谐振腔中的每一个稳定的驻波就是腔的一个振荡模。每个振荡模有（1）一定的偏振；（2）一定的频率（或者波长）；（3）一定的方向。调Q的基本原理是：在泵浦过程的大部分时间里谐振腔处于（1）低Q值或者高损耗状态，故阈值很高，不能起振，从而在激光上能级的（2）粒子数不断积累，到某一时刻反转粒子数达到最大值，Q值突然（3）增大，建立激光振荡，并输出脉冲激光。激光谐振腔的两个主要作用是提供（1）反馈放大和（2）选择模式。声光互作用的两种类型是（1）RamanNath型：光波垂直于声波场传播方向；（2）Bragg型：入射光与声场方向的夹角满足布拉格方程。啁秋脉冲指的是不同的（1）频率成分按时间序列处于脉冲的不同的部分。而群速度色散补偿元件对啁秋脉冲产生（2）压缩作用。采用适当的方法对激光进行腔内调制，当调制周期（1）等于腔内纵模间隔的倒数时，每一纵模都会产生边带与相邻的（2）__纵模____耦合，从而保持各纵模具有一定的（3）__相位__关系被锁定。三问答与综合题（1，2题必做；3，4，5题选二题）1，2题必做如下图脉冲透射式调Q—腔倒空激光器原理图中，偏振器P1和P2的透光轴平行，电光晶体上应加还是电压，为什么？(9分)工作物质偏振器1电光晶体偏振器2调Q激光输出全反镜1V全反镜2调Q激光输出解：电光晶体应该加半波电压。当工作物质发射的荧光经过偏振器1和加半波电压的电光晶体时，其偏振方向旋转90度，不通过偏振器2，而由偏振器2全反射至全反射镜2，再由全反射镜2反射回来经过偏振器2反射到电光晶体之后，其偏振旋转90度，并通过偏振器1至工作物质放大和全反射镜1形成激光振荡。若突然撤消电光晶体的半波电压，则放大后经过偏振器1和电光晶体的激光，偏振方向不变，而从偏振器2输出调Q激光脉冲。而电光晶体加四分之一波电压时，偏振器1形成的偏振光通过电光晶体后变成圆偏振光，部分透过偏振器2，部分由全反射镜2反射原路返回至电光晶体，再产生90度的相位差，部分不能通过偏振器1，而不能形成激光振荡。解释非均匀加宽介质的增益曲线的“烧孔”现象、兰姆凹陷及应用。（9分）解：对于低气压的增益中心频率的非均匀加宽介质，在谐振腔某纵模光子的作用下，速度为的那部分激发粒子才产生受激发射，导致这部分粒子的损耗，即速度为的粒子数N2下降，而其他速度的激发原子不会参加到频率为的受激发射中，因此在增益曲线上处增益下降至阈值，产生了一个凹穴。同理在上有另一凹穴，称为烧孔效应。当调整腔长，使=时，两侧的“烧孔”即在中心重合，形成一个凹陷，即兰姆凹陷，这一现象广泛应用于光频率的稳频技术中。3，4，5题选二题（每题12分）假如行波放大器输出光强为，放大介质的谱线轮廓因子为,上下能级的粒子数为和，权重因子为，受激发射与吸收系数，试推导出增益系数的表达式。（12分）解：受激吸收产生的能量密度减小受激发射产生的能量密度增大由于非简并时，由于所以上式对光程z积分：其中增益系数在的空腔内有一带宽为，波长为的跃迁，试问（1）此跃迁的频率宽度是多少？（2）在此频带宽度范围内存在的模式数目是多少？（3）一个自发发射光子出现在某一模式的几率是多少？解：（1）跃迁的频率宽度是（2）在此频带宽度范围内存在的模式数目是（3）一个自发发射光子出现在某一模式的几率是有一多纵模激光器纵模数是1000个，激光器的腔长1.5m，输出的平均功率为1瓦，认为各纵模振幅相等。（1）试求在锁模情况下，光脉冲的周期，宽度和峰值功率各是多少？（2）采用声光损耗调制元件锁模时，调制器上加电压，试问电压的频率是多大？解：（1）纵模间距：光脉冲周期：光谱宽度：光脉冲宽度：脉冲重复率：脉冲能量：峰值功率：（2）声光调制器电压频率是选择题（请在正确答案处打√，2×11分）1．根据黑体辐射维恩位移定律，最大辐射强度波长,Å·K,那么人体(300K)时辐射最大属于:(A)可见光(B)近红外(C)√远红外光2.假如一物质的粒子具有定态基态E1(布居数N1)和激发态E2(布居数N2),下列哪种属于非热平衡态或布居数反转。（A）√N2＞N1（B）N2=N1（C）N2＜N13.已知自发发射系数与受激发射系数之比,那么对于较短波长激光，例如紫外、X射线激光器相对于长波长激光器产生激光输出将(A)√更难(B)更易(C)与波长无关4．光通过一个粒子数布居反转的物质，一般得到(A)√放大(B)衰减(C)不变化5．兰姆凹陷是在下面哪种物质中产生(A)均匀增宽介质(B)√非均匀增宽介质(C)高压气体6．电光调Q激光器的调制电压波形一般为(A)√方波(B)正弦波(C)余弦波7．在下列哪一种情况下激光上下能级布居数最容易实现反转(A)二能级系统(B)三能级系统(C)√四能级系统8．电光调制器半波电压产生的相位差是（A）90度（B）45度（C）√180度9．在氦氖激光器中，激光跃迁发生在的各能级之间，氦原子成为氖原子激发的主要机制。(A)√氖原子(B)氦原子(C)氦氖原子10．锁模激光脉冲宽度和激光振荡的数目N或者工作物质的荧光带宽（A）成正比（B）√成反比（C）无关11．假如各纵模振幅相同，锁模与同一个不锁模激光器单个脉冲的峰值功率相比（A）√大N倍（B）小N倍（C）相同填空题(3×12分)激光光源与普通光源相比，具有哪三方面的优点：（1）单色性高（2）方向性好（3）相干性高（或者亮度高）辐射能量交换的三个基本过程是：（1）受激吸收（2）受激发射（3）自发发射激光器的三个基本组成部分是：（1）工作物质（2）谐振腔（3）驱动源声光调制器的四个组成部分是：（1）声光介质（2）换能器（3）驱动电源（4）吸声和声反射材料谐振腔中的每一个稳定的驻波就是腔的一个振荡模。每个振荡模有（1）一定的偏振；（2）一定的频率（或者波长）；（3）一定的方向。激光谐振腔的两个主要作用是提供（1）反馈放大和（2）选择模式。激光器锁模产生超短脉冲原理通常有两种分析方法是（1）时间域；（2）频率域。一闭合腔三维尺寸是，写出该腔形成驻波（波长为）的条件（1）；（2）；（3）。激光调制按调制的性质可以分为：（1）振幅调制；（2）相位调制；（3）频率调制；（4）强度调制。超短脉冲压缩色散补偿技术有（1）棱镜对法，（2）光栅对法，（3）啁秋镜法。饱和吸收染料置于腔内,在激励的初始阶段,染料吸收造成腔内__光子高损耗.此时腔呈“关闭”态；随着激励的增加，工作物质粒子数反转密度上升，形成超辐射的强荧光，使染料吸收趋于_饱和__，突然变透明，腔呈“接通”态，激光振荡产生一个巨脉冲。如实空间体积为，则空间每个模的体积为，则它在空间的模密度是（1）；由于和每个振荡模可以有2个相互垂直的偏振模，空间的模体积是（2）；振荡模总数是（3）；实空间的模密度（单位体积和单位频率间隔的振荡模数）是（4）。三问答与综合题（1，2题必做；3，4，5题选一道；）1，2题必做如下图带偏振器的调Q激光器原理图中，电光晶体上应加半波电压还是四分之一波电压，为什么？工作物质偏振器电光晶体调Q激光输出全反镜电压V部分反射镜调Q激光输出解：电光晶体应该加半波电压。当工作物质发射的荧光经过偏振器1和加半波电压的电光晶体时，其偏振方向旋转90度，不通过偏振器2，而由偏振器2全反射至全反射镜2，再由全反射镜2反射回来经过偏振器2反射到电光晶体之后，其偏振旋转90度，并通过偏振器1至工作物质放大和全反射镜1形成激光振荡。若突然撤消电光晶体的半波电压，则放大后经过偏振器1和电光晶体的激光，偏振方向不变，而从偏振器2输出调Q激光脉冲。而电光晶体加四分之一波电压时，偏振器1形成的偏振光通过电光晶体后变成圆偏振光，部分透过