考试必备之激光原理试题.doc

激光原理复****题( 页码是按第五版书标注的, 黄色底纹的页码是按第六版书标注的) 填空 6 4 24 ? ?? ?简答 6 6 36 ? ?? ?计算 12 15 27 ? ??? ?论述 1 13 13 ? ?? ? 1. 什么是光波模式和光子态?什么是相格? Page5 答: 光波模式(page5): 在一个有边界条件限制的空间 V 内, 只能存在一系列独立的具有特定波矢 k ?的平面单色驻波。这种能够存在于腔内的驻波( 以某一波矢 k ?为标志) 称为光波模式。光子态(page6): 光子在由坐标与动量所支撑的相空间中所处的状态, 在相空间中, 光子的状态对应于一个相格。相格(page6): 在三维运动情况下, 测不准关系为 3 x y z x y z P P P h ???????, 故在六位相空间中, 一个光子态对应(或占有)的相空间体积元为 3 x y z x y z P P P h ???????,上述相空间体积元称为相格。 2. 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? Page7 答: 光的相干性(page7): 在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。相干时间(page7) :光沿传播方向通过相干长度 cL 所需的时间,称为相干时间。相干长度:相干光能产生干涉效应的最大光程差,等于光源发出的光波的波列长度。? 相干面积: 相干体积(page7) :如果在空间体积 cV 内各点的光波场都具有明显的相干性,则 cV 称为相干体积。 3. 何谓光子简并度, 有几种相同的含义?激光源的光子简并度与它的相干性什么联系? Page9 答:光子简并度(page9) :处于同一光子态的光子数称为光子简并度。光子简并度有以下几种相同含义(page9) :同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。联系:激光源的光子简并度决定着激光的相干性,光子简并度越高,激光源的相干性越好。 4. 什么是黑体辐射?写出 Planck 公式, 并说明它的物理意义。 Page10 答: 黑体辐射(page10) : 当黑体处于某一温度 T 的热平衡情况下, 它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量,即黑体与辐射场之间应处于能量(热)平衡状态,这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场,这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。 Planck 公式(page10) : 33 8 1 1 h k Thce ???????物理意义(page10) : 在单位体积内, 频率处于?附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。 5. 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。 Page10 答: (1) 自发辐射过程描述(page10) : 处于高能级 2E 的一个原子自发的向 1E 跃迁, 并发射一个能量为 h?的光子,这种过程称为自发跃迁,由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。特征: a) 自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场??无关的自发过程, 无需外来光。 b) 每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元, 原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一,所以各列光波频率虽然相同,均为?,各列光波之间没有固定的相位关系,各有不同的偏振方向,而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播,即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程,所以自发辐射的光是非相干光。自发跃迁爱因斯坦系数: 211 sA??(2) 受激吸收过程描述(page12) 处于低能态 1E 的一个原子,在频率为?的辐射场作用(激励)下,吸收一个能量为 h?的光子并向 2E 能态跃迁,这种过程称为受激吸收跃迁。特征: a) 只有外来光子能量 2 1 h E E ?? ?时, 才能引起受激辐射。 b) 跃迁概率不仅与原子性质有关,还与辐射场的??有关。受激吸收跃迁概率(page12) : 12 12 v W B ??( 12B 为受激吸收跃迁爱因斯坦系数, v?为辐射场) (3) 受激辐射过程描述(page12) : 处于上能级 2E 的原子在频率为?的辐射场作用下, 跃迁至低能态 1E 并辐射一个能量为 h?的光子。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。特征: a) 只有外来光子能量 2 1 h E E ?? ?时,才能引起受激辐射; b) 受激辐射所发出的光子与外来光子的频率、传播方向、偏振方向、相位等性质完全相同。受激辐射跃迁概率: 21 21 v W B ??( 21B 为受激辐射跃迁爱因斯坦系数, v?为辐射场) 6. Einstein 系数有哪些?它们之间