激光课程复习（学生用）

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页第一部分知识点

1.自发辐射

受激辐射

受激吸收的概念及互相关系

2.激光器的主要组成部分有哪些？各个部分的基本作用。激光器有哪些类型？如何对激光器举行分类。

3.什么是光波模式和光子状态？光波模式、光子状态和光子的相格空间是同一概念吗？何谓光子的简并度？

4.如何理解光的相干性？何谓相干时光，相干长度？如何理解激光的空间相干性与方向性，如何理解激光的时光相干性？如何理解激光的相干光强？

5.EINSTEIN系数和EINSTEIN关系的物理意义是什么？如何推导出EINSTEIN关系？

６.产生激光的须要条件是什么？热平衡时粒子数的分布逻辑是什么？

７.什么是粒子数反转，如何实现粒子数反转？

８.如何定义激光增益，什么是小信号增益？什么是增益饱和？

９.什么是自激振荡？产生激光振荡的基本条件是什么？

10.如何理解激光横模、纵模？

11.描述激光谐振腔和激光镜片的类型？什么是谐振腔的谐振条件？

12.如何计算纵模的频率、纵模间隔？

13.如何理解无源谐振腔的损耗和Q值？在激光谐振腔中有哪些损耗因素？什么是腔的菲涅耳数，它与腔的损耗有什么关系？

14.写出（1）光束在自由空间的传扬；（2）薄透镜变换；（3）凹面镜反射

15.什么是激光谐振腔的稳定性条件？

16.什么是自再现模，自再现模是如何形成的？

17.基模高斯光束的主要参量：束腰光斑的大小，束腰光斑的位置，镜面上光斑的大小？随意位置激光光斑的大小？等相位面曲率半径，光束的远场发散角，模体积

18.如何理解普通稳定球面腔与共焦腔的等价性？如何计算普通稳定球面腔中高斯光束的特征

19.高斯光束的特征参数？q参数的定义？

20.非稳定腔与稳定腔的区别是什么？判断哪些是非稳定腔。

21.什么是谱线加宽？有哪些加宽的类型，它们的特点是什么？如何定义线宽和线型函数？什么是匀称加宽和非匀称加宽？它们各自的线型函数是什么？

23.天然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽与哪些因素有关？

24.光学跃迁的速率方程，并考虑延续谱和单色谱光场与物质的作用和工作物质的线型函数。

25.画出激光三能级和四能级系统图，描述相关能级粒子的激发和去激发过程。建立相应能级系统的速率方程。

26.说明匀称加宽和非匀称加宽工作物质中增益饱和的机理。

27.描述非匀称加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效应”，并说明它们的原理。

28.

延续和脉冲激光器工作的阈值条件，输出功率或能量，输出光波的波形（研究驰豫脉冲形成的过程），分析激光器内的模式竞争过程。

29.

解释模式竞争效应和横模及纵模的空间烧孔效应。

30.说明兰姆凹陷的形成过程。

31.激光谱线的线宽极限

32.

激光器的频率牵引效应33.

如何对激光的特性举行控制和改善，常见的有那些主意？34.

如何挑选横模或纵模，分离有哪些主意35.

说明稳频的原理及常见的稳频主意36.

分析调Q的原理、主意及目的37.

注入锁定的目的如何，怎样实现的38.

锁模的目的和主意

39.

常见激光放大器的种类及工作特点.（请大家化一点时光自学第五章的内容）40.He-Ne、Nd-YAG、红宝石、钛宝石、N2激光器等的发光物质，激光波长及鼓励主意和特点。第二部分复习题一单项挑选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（）A.B.C.D./e2．爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为（）A.B.C.D.3．天然增宽谱线为（）（A）高斯线型（B）抛物线型（C）洛仑兹线型（D）双曲线型

4

（A）0.1μHz

75（A

(D)

6（A）

(C)

(D)

7.腔长为0.5米,μ纵模间隔为(（A）8105.1HZ（B）8102HZ（C）8103HZ（D）8104HZ8.某谱线的匀称加宽为10MHz，中央频率所对应的谱线函数的极大值为。（）（A）0.1μs(B)10-7Hz(C)0.1s(D)107Hz9．对称共焦腔在稳定图上的坐标为（）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）10．半共心腔在稳定图上的坐标为（）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）11．今有一球面腔R1=2m,R2=-1m,L=0.8m.该腔为。（A）稳定腔（B）非稳定腔（C）临界腔（D）不能决定12．一平凹腔,其凹面镜的半径R等于腔长它是()（A）稳定腔（B）临界腔（C）非稳腔13.一腔长为60cm的对称稳定腔，反射镜的取值范围（）A、cmB、C、cmD、cm13．如选取透镜的两个焦平面作为入射面和出射面，透镜焦距为f，该光学系统的传输矩阵为（）（A）（B）（C）（D）14.激光器普通工作在

状态（）阈值附近

小信号

(C)

大信号

任何状态15．阈值条件是形成激光的（）（A）充足条件（B）须要条件（C）充足须要条件（D）不决定16而变。（）

激发功率

粒子数密度

自发辐射几率17.

(A)

B)

C)

(

D)

18．谐振腔的纵模间隔为（B）A.B.C.D.19．对称共焦腔基模的远场发散角为（）A.B.C.D.20

（A）(D)

21．谐振腔的品质因数Q衡量腔的（）（A）质量优劣（B）稳定性（C）储存信号的能力（D）抗干扰性22．锁模激光器通常可获得（）量级短脉冲 A.PsB.C.nsD.fs23．YAG激光器是典型的（）系统（A）二能级（B）三能级（C）四能级（D）多能级24.在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为，等于

W。

（A）1×1010

(C)

30

(D)

-30

25

高斯分布

负温度分布26.激光器的谐振腔具有选模功能，与纵模挑选有关的量是（）A、工作物质的折射率B、改变腔长C、腔镜的衍射损耗D、谐振腔内的气压27.下列说法中错误的是（）A、高斯光束是球面光波B、高斯光束波面振幅分布是不匀称的，振幅具有高斯分布C、高斯光束的波面具有不同的曲率中央D、高斯光束只限于极小的空间方向输出光束28.下列说法中准确的是（）A、高斯光束中腰斑的光斑最小，光斑大小为零B、高斯光束基模光斑半径随按双曲线变化C、高斯光束的等相位面是同心球面D、高斯光束的相位面是平面29．对于匀称增宽介质，中央频率处小信号增益系数为G0()，当I时，饱和显著，非小信号中央频率增益系数为：（）（A）G0()（B）（C）（D）二．识图(b)图２(b)图２图１２.如图２是增益饱和曲线图，能说出分离表示什么介质，图中曲线所表示的物理意义３.图３，是一个四能级图，能说出各箭头所表示的物理意义，并写出速率方程。4.

画出电光调QQ

答.xx，偏振方向与偏振片检偏方向垂直，光束无法通过检偏片，腔内损耗高，激光无法振荡;骤然三．填空题1.光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，顺从统计分布。21m两倍，则该物质的增益系数为。3.设某固体激光器谐振腔长50cm，固体激光介质棒长30cm，其折射率为1.6，其本征纵模的频率间隔为。4.设某激光器谐振腔长，反射镜面半径为，光波波长为400nm，则此腔的菲涅耳数为。

5.６

7.任何一个共焦腔与等价,而任何一个满意稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。8.光子简并度指光子处于、、、。9．激光器的基本结构包括三部分，即、和。10．影响腔内电磁场能量分布的因素有、、。11．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。12．目前世界上激光器有数百种之多，倘若按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分离是、、和。激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用氦气的作用的是。14.粒子数反转分布状态微观粒子满意。15.碰撞增宽谱线为。天然加宽是引起的。多普勒展宽15.He-Ne激光器和CO2激光器上能级的寿命分离是10－8s和10-4s，求两激光器的天然线宽。两激光器在中央频率处的线型函数。

16.稳定图,）。对称共心腔在稳定图上的坐标为（,）。半共焦腔在稳定图上的坐标为（，）（，）。17.品质因数Q是用来衡量能力。阈值条件是形成激光的条件。18.光子简并度指光子处于一个光子态的平均光子数、处于同一模式的光子数、相干体积内19.腔模经一次往返再现后保持本来的稳态场分布称为自再现模。20.He—Ne激光器是一个四能级系统，因为，因此所需的鼓励能量比三能级系统小得多，所以产生激光比三能级系统容易得多。四．简答题1.激光谱线加宽分为匀称加宽和非匀称加宽，简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线型。答：倘若引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为匀称加宽。天然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属匀称加宽类型。非匀称加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它的表观中央频率相应的部分有贡献。多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非匀称加宽。2.物质的粒子跃迁分辐射跃迁和非辐射跃迁，简述这两种跃迁的区别。答：粒子能级之间的跃迁为辐射跃迁，辐射跃迁必须满意跃迁定则；非辐射跃迁表示在不同的能级之间跃迁时并不陪同光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给他的能量。3.

激光器的基本组成部分

、

、

。（1）.合适的激光工作物质，其激活粒子有相宜于产生受激辐射的能级。(2).鼓励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转(3).光学谐振腔，以提高光能密度挑选被放大的受激辐射的模式，形成共振产生的模提高相干性。（或者填挑选、提高轴向光波模的反馈）

5,计算对称共焦腔g参数答1=R2g

6.

答：（1（2）对于非匀称增宽型介质激光器来说，某一个纵模的光强增强时，增益的饱和效应并不引起囫囵增益曲线下降，而是在该纵模对应的频率处烧一个孔，所以倘若有多个纵模的小信号增益都大于阈值都大于阈值的话，这些纵模都可以建立起自己的振荡，所以非匀称增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模。五．计算题：１.某激光工作物质的自发辐射谱线形状呈三角形，如图所示。光子能量＝1.476eV。高能级自发辐射寿命＝5ns,小信号中央频率增益系数＝10cm-1求：（１）中央频率线型函数值（２）达到上述小信号中央频率增益系数所需要的小信号反转粒子数密度＝？2．某激光器9.0μm采用平凹腔，腔长L＝1m，凹面镜曲率半径＝2m。求：（1）

（2）

它产生的基模高斯光束的焦