2010-2011激光原理考题

装订线北京化工大学2010——2011学年第二学期装订线课程名称：《激光原理》期末考试试卷班级：姓名：学号：分数：题号一二三四五总分得分填空（25分）1．兰姆凹陷发生在（综合加宽，非均匀加宽，纯多普勒加宽）介质激光器中。HeNe激光器是一种（固体、半导体、气体）激光器，其光波长可以是（0.6328A，6943A，3.39μm）。通常情况下，我们见到的HeNe激光器发光的颜色是（红色，蓝色，黄色）。一般情况下，由（两平面镜，一平一凹镜，两凹面镜）组成He-Ne激光谐振腔，两反射镜的透射率是腔的（主要，次要）损耗，只有当（腔长，放电区，毛细管）足够长时，增益才大于损耗，形成激光。He-Ne激光介质是（综合加宽，非均匀加宽，纯多普勒加宽）介质，多普勒宽度（约1500MHZ，300MHZ，20MHZ），碰撞加宽和充气压（成反比，成正比，无关）。在激光器内，一个恰为增益线中心频率的谐振频率在增益线上烧（一个孔，两个孔，对称于的两个孔）。激光损耗越大，孔（越深，越浅，越宽）。2．在介质发光时自发发射，受激发射，受激吸收总是（同时，不同时，一种或两种）存在，自发发射几率与介质内光强度（有关，无关，成正比）。产生激光的条件是（增益大于损耗，有泵浦，有受激发射），满足谐振条件的频率（有形成振荡的可能，不能振荡，形成振荡）。光放大的条件是（下能级粒子数多于上能级，损耗小于增益，上能级粒子数多于下能级）。3.任意一个共焦球面腔与（一个，多个，无穷多个）稳定球面腔等价；任意一个满足稳定性条件的球面腔可以与（唯一一个，多个，无穷多个）共焦腔等价。4.在均匀加宽中，每一发光原子对光谱线内（所有频率，多个频率，一个频率）有贡献；在非均匀加宽中，原子体系中每个原子发光只对谱线内（特定频率，一个频率，多个频率）有贡献。如果对于某种气体激光介质，主要的加宽类型是由碰撞引起的加宽和由多普勒效应引起的加宽，因此在求线型函数时，要考虑（均匀加宽，非均匀加宽，综合加宽）。5.均匀加宽激光器中的模竞争效应是由于（增益饱和效应，弛豫振荡效应，空间烧孔效应）而产生的，竞争的最终结果是（增益曲线内的所有纵模，靠近中心频率的纵模，远离中心频率的纵模）取胜，所以均匀加宽激光器的输出应是（单纵模，多纵模）。基本概念（20分）（1）远场发散角 （2）小信号增益系数（3）频率牵引效应（4）多普勒加宽（5）无辐射跃迁（6）光子简并度（7）激光纵模（8）单程损耗因子（9）开腔的自再现模（10）高斯光束的聚焦三、简答（每题7分，共35分）光学谐振腔主要有那几种损耗？并写出激光器的阈值条件？在光与物质的相互作用中，爱因斯坦三个系数是如何定义的？它们之间有什么样的关系？共轴球面腔的稳定性条件是什么？如果制作腔长为L的激光器，要用两块曲率半径相等的反射镜（R1=R2=R）构成一稳定的谐振腔，问R的取值范围是什么？什么是兰姆凹陷？阐述产生兰姆凹陷的原因。阐述均匀展宽介质激光器中的模竞争效应。四、计算（20分）1．问一个腔长60cm的He-Ne激光器，6328激光可能出现几个纵模？如果缩短腔长到10cm呢？2.写出四能级系统速率方程，并在稳态小信号的条件下求解激光上能级的反转布局数分布。3.脉冲激光介质中发光粒子的浓度为n=5´1012cm-3，介质棒长度为L=20cm，横截面积为A=2mm2，输出光频率为n=4´108MHz，假设可将所有发光粒子全部激发到激光上能级，求在一次脉冲过程中输出的能量。若脉宽t