激光原理与技术复习

第一章光的基本原理

1.LASER英文名称的含义是什么？激光是何时发明的？

2.激光的基本特性是什么？

3.激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？

4.什么是黑体辐射？写出Planck公式，并说明它的物理意义。

5.什么是光波模式和光子态？

6.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度、相干面积和相干体积？第一章光的基本原理7.什么是光子简并度？8.激光的基本物理基础是什么？9.描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。10、Einstein系数有哪些？他们之间的关系是什么？11、什么是热平衡时能级粒子数的分布？12、产生激光的必要条件是什么？13、什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？14、如何定义激光增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和？（可结合第三章内容）15、什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？16、如何理解激光的空间相干性与方向性？如何理解激光的时间相干性？如何理解激光的相干光强？第二章开放式光腔与高斯光束

1.什么是谐振腔的谐振条件？

2.如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目?3.在激光谐振腔中有哪些损耗因素？

4.哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关系如何？

5.熟悉射线矩阵光学，会进行推导。

6.什么是激光谐振腔的稳定性条件？

7.画出激光谐振腔的稳定性图，并标出几种典型的谐振腔在图中的位置。第二章开放式光腔与高斯光束8.如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？9.求解菲涅耳－基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么10、能画出圆形镜、方形镜几个横模的光斑花样吗？11、如何计算基模高斯光束的主要参量：腰斑的大小、腰斑的位置、镜面上光斑的大小、任意位置处激光光斑的大小、等相位面曲率半径、光束的远场发散角、模体积？12、高阶高斯光束有哪些？第二章开放式光腔与高斯光束13、什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性?14、如何计算一般稳定球面腔的主要参量？15、什么是腔的菲涅耳数？它与腔的损耗有什么关系？16、高斯光束的表征方法有哪些？什么是q参数？17、高斯光束q参数的变换规律是什么？如何描述激光束的质量好坏，是如何定义？第二章开放式光腔与高斯光束18、什么是高斯光束的自再现变换？19、高斯光束的自再现变换与稳定球面腔有什么关系？20、非稳腔与稳定腔的区别是什么？举例说明哪些是非稳腔？第4章电磁场与物质的共振相互作用

1.激光器的理论有哪些？

2.什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？加宽机制是什么？

3.如何定义线型函数和谱线宽度？

4.如何理解均匀加宽和非均匀加宽？

5.如何求自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽？

6.如何理解受激发射截面？与哪些因素有关？第4章电磁场与物质的共振相互作用7.分析三能级和四能级系统中粒子在各能级之间的跃迁过程，并写出速率方程。8.说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理，并写出激光增益的表达式。

9.饱和光强有什么含义？怎么定义的？10、什么是小信号增益、大信号增益？11、在强光入射下，均匀加宽和非均匀加宽工作物质中，弱光的增益系数如何变化？第4章电磁场与物质的共振相互作用12、描述非均匀加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效应”，并说明原理。第5章激光振荡特性1、激光器有哪些类型？2、激光器的振荡条件是什么？稳定工作条件又是什么？3、激光器的阈值参数怎么计算？4、在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不同？5、如何计算均匀加宽单模激光器的输出功率？6、为什么存在最佳透过率？如何计算？第5章激光振荡特性7、什么是兰姆凹陷？8、什么是激光器的驰豫振荡现象？如何定性解释？9、为什么存在线宽极限？它取决于什么？10、什么是频率牵引？11、当激光器的激励强弱不同时，可使工作物质处于哪几种状态，各输出什么光？答：当，满足放大条件，但无法满足输出激光的条件，腔中自发辐射占主要位置，反转的粒子数将主要通过自发辐射跃迁到低能级，即反转的粒子数将对自发辐射进行放大。第5章激光振荡特性连续激光器脉冲激光器连续激光放大器脉冲激光激光放大器激光技术1、什么是激光器的驰豫振荡现象？如何定性解释？2、什么是a.电光调制、b.声光调制、c.磁光调制、d.直接调制？

3、

说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量随时间的变化。4、

说明锁模技术的基本原理。5、指出激光倍频的物理基础，并画出典型的内腔倍频和外腔倍频光路图。第一章1．为使氦氖激光器的相干长度达到1km，它的单色性应是多少？8．(1)一质地均匀的材料对光的吸收系数为，光通过10cm长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几？(2)一束光通过长度为1m的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。第一章第4章8T：若已知红宝石的跃迁几率数据：，估算等于多少时红宝石对的光是透明的。(红宝石，激光上、下能级的统计权重，计算中可不计光的各种损耗。)解：该系统是一个三能级系统，速率方程组为因，且可不计光的各种损耗，速率方程组为：因为，红宝石对的光是透明的，即腔内光子数不随时间变化：对于稳态时：7T：二能级的波数分别为18340cm-1和2627cm-1，相应的量子数分别为f1=3,f2=3,上能级的自发辐射概率为A21=10S-1，测出自发辐射谱线形状如图所示。求中心频率发射截面σ21。此二能级系统发出的中心频率为：由线型函数的归一化条件：由图可以看出：中心频率处的线型函数值为中心频率发射截为：典型题目：1.写出基模激光束（高斯光束）的传播公式，并说明各项的物理意义。2.简述三能及系统与四能级系统的区别。3.写出下面几种激光器的较强谱线波长：（1）红宝石激光器（2）Nd:YAG激光器（3）CO2激光器（4）He-Ne激光器典型题目：4.写出判断光学谐振腔稳定性的公式，利用该公式和图解方法判断下列谐振腔的稳定性。

(1)R1=无穷,R2=0.8m,L=0.6m(2)R1=无穷,R2=1.2m,L=0.8m(1)画出红宝石激光器的能级图，并写出其速率方程。

(2)画出Nd:YAG(He-Ne)激光器的能级图,并写出其速率方程。典型题目：6.平凹腔He-Ne激光器（波长近似为0.6微米），反射镜的曲率半径R1=无穷，R2=120cm，阈值频率全宽为1500MHz。若使该激光器单纵模运转（位于增益曲线