考试必备之激光原理试题.docx

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 6x4, = 24， 简答 6x6, = 36， 计算 12，+ 15，= 27， 论述 1x13, = 13，
什么是光波模式和光子态？什么是相格？ Pa血 2 =dn2 在单位时间内能级％减少的粒子数为d广I dt人将（1）式带入得 甘"欢
由此式可得 〃2。）= 〃症（〃2。为'=0时刻高能级具有的粒子数）
t — — r°— — r°〃2（）e 硕dt —
所以自发辐射的平均寿命 〃2。由- "I）- 心
—"",光通过10血长的该材料后，出
射光强为入射光强的百分之几？ Page23 （8）
解：设进入材料前的光强为1。,经过距离z后的光强为1（z）,贝
虹=e-a/ = e^01xl0° = e「i Q
所以出射光强与入射光强之比 7° 。所以出射光强占入射光强
的 %。
激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？
答：激光工作物质：用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的物质体系。接收 来自泵浦源的能量，对外发射光波并能够强烈发光的活跃状态，也称为激活物质。
泵浦源：提供能量，实现工作物质的粒子数反转。
光学谐振腔：a)提供轴向光波模的正反馈；b)模式选择，保证激光器单模振荡，从而提 高激光器的相干性。
什么是热平衡时能级粒子数的分布？什么是粒子数反转？如何实现粒子数
反转？ Pagel5
答：热平衡时能级粒子数的分布(pagel5)：在物质处于热平衡状态时，各能级上的原子 (曲-耳)
= -2 ° kbT 数(或集居数)服从玻尔兹曼分布〃"万 O 粒子数反转：使高能级粒子数密度大于低能级粒子数密度。 如何实现粒子数反转(pagel5)：外界向物质供给能量(称为激励或泵浦过程)，从而使 物质处于非平衡状态。
如何定义激光增益？什么是小信号增益？大信号增益？增益饱和？ Pagel6
答：激光增益定义(pl5)：设在光传播方向上z处的光强为【⑵,则增益系数定义为 d/(z) 1 g =
dz 1(Z),表示光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数。
小信号增益(pl6)：当光强很弱时，集居数差值(〃2-妃不随z变化，增益系数为一常数矿， 称为线性增益或小信号增益。
W)=今 1+— 大信号增益(pl7)：在放大器中入射光强［与九(4为饱和光强)相比拟时， L ,
为大信号增益。
增益饱和(P16)：当光强足够强时，增益系数g也随着光强的增加而减小，这一现象称 为增益饱和效应。
什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？ Pagel7
答：自激振荡(P18)：不管初始光强L多么微弱，只要放大器足够长，就总是形成确定 大小的光强勾，这就是自激振荡的概念。
产生条件(P18):妒妒为小信号增益系数，a为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内 的平均损耗系数。
激光的基本特性是什么？ Pagel9
答：激光四性：单***、相干性、方向性和高亮度。这四性可归结为激光具有很高的 光子简并度。
如何理解激光的空间相干性与方向性？如何理解激光的时间相干性？如何
理解激光的相干光强？ Pagel9-23
答：⑴激光的方向性越好，它的空间相干性程度越高。(pl9)
1
激光的相干时间久和单***Av存在着简单关系七=&,即单色越好，相干时间越长。
(p21)
B =竺元
激光具有很高的亮度，激光的单色亮度1名，由于激光具有极好的方向性和单 ***，因而具有极高的光子简并度和单色亮度。(p22)
什么是谐振腔的谐振条件？如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数
目？ Page27-28
答：(1)谐振条件(p27)：谐振腔内的光要满足相长干涉条件(也称为驻波条件)。波从 某一点出发，经腔内往返一周再回到原来位置时，应与初始出发波同相(即相差为 的整数倍)。如果以△中表示均匀平面波在腔内往返一周时的相位滞后，则可以表示为
AO = — , 2Zv = q •
o々为光在真空中的波长，〃为腔的光学长度，0为正整数。
(2)如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目(p27-28)：
c C
V — Q , A V —
纵模的频率：'2〃；纵模间隔：〃 2L'
Ay
N = —— +1
?纵模的数目:对于满足谐振条件频率为七的波，其纵模数目 映匕」为小信号 增益曲线中大于阈值增益系数°的那部分曲线所对应的频率范围(振荡带宽)。
在激光谐振腔中一般有哪些损耗因素，分别与哪些因素有关？ Page3L33
答：损耗因素(p28)
几何偏折损耗： 与腔的类型、腔的几何尺寸、模式有关。
衍射损耗： 与腔的菲涅尔数、腔