2012激光原理及技術(shù)期末考試B卷答案解析

1、.WORD.格式整理.電子科技大學(xué)2010 -2011學(xué)年第_2_學(xué)期期 末 考試B卷分| 一.選擇題（單選）（共20分，共10題，每題2分）1、與普通光源相比，下列哪項是激光的優(yōu)勢 衛(wèi)。A、相干性好 B、發(fā)散角小C 、譜線窄 D 、以上都是2、 要產(chǎn)生激光下列哪個條件不是必需具備的 D 。A、實(shí)現(xiàn)集居數(shù)反轉(zhuǎn)（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）B、受激輻射躍遷C具有增益介質(zhì)D、諧振腔為穩(wěn)定腔3、 下列譜線加寬方式中，不屬于均勻加寬的是 _B。A、自然加寬B、多普勒加寬 C、晶格振動加寬D 、碰撞加寬4、 從輸出光束特性考慮，一個穩(wěn)定腔等價于無窮個 _A。A.穩(wěn)定腔B.臨界腔 C.共焦腔 D.非穩(wěn)腔5、 若激光器輸出

2、為某一模式的厄米特 -高斯光束，且其兩個主軸方向上的M值為5和3,則該模式可能為D。A TEM1 B、TEM C、TEM D、TEM6、 下列腔型中，肯定具有共軛像點(diǎn)的是C （非穩(wěn)腔）。7 2 1ALAB 、L7、可以利用下列哪種損耗進(jìn)行模式選擇BA、腔鏡不完全反射損耗B、衍射損耗C材料中的非激活吸收損耗D 、以上都不對8在振幅調(diào)制鎖模激光器中，若損耗調(diào)制器緊貼腔鏡放置且腔長為L,光速為c,則損耗調(diào)制信號的角頻率為C2L4L9、KDP晶體橫向電光調(diào)制的主要缺點(diǎn)為C 。A、半波電壓太高B、調(diào)制帶寬低C存在著自然雙折射引起的相位延遲D調(diào)制頻率較高時，功率損耗比較大.專業(yè).知識.分享.10、下列性質(zhì)

3、選項中，對于由受激輻射躍遷產(chǎn)生的光子與入射光子相同的是A、偏振方向B、頻率C運(yùn)動方向D、以上都是（共20分，共20空，每空2分）1、激光器采用開放式諧振腔的主要原因是減少模式數(shù) 2、 一質(zhì)地均勻的材料對光的吸收系數(shù)為:，光通過長為I的該材料后，出射光強(qiáng)占入射光強(qiáng)的比例_二。在均勻泵浦的情況下，一光束通過長度為 I的該工作物質(zhì)。如果出射光強(qiáng)是入射光強(qiáng)的兩倍，該物質(zhì)的增益系數(shù)為ln2/1 ： （假設(shè)光很弱，可不考慮增益或吸收的飽和效應(yīng)）。3、 實(shí)現(xiàn)鎖模需滿足的相位關(guān)系是 相鄰縱模相位差為常數(shù)。4、非穩(wěn)腔與穩(wěn)定腔相比，非穩(wěn)腔 腔更容易實(shí)現(xiàn)大的模體積和橫模鑒別能力，在穩(wěn)定腔中基模與高階模相比高階模 具

4、有更大的模體積。5、 在非均勻加寬氣體激光器中，數(shù)量最多的粒子的表觀中心頻率為增益介質(zhì)中心頻率，其運(yùn)動速度為 0。6、在中心頻率為V。的連續(xù)均勻加寬激光器中，若有兩個頻率為V1和V2的縱模在 振蕩，且Vi Vo| c|v2 -V。，則最后形成穩(wěn)定振蕩的是頻率為 Vl 的光場（不 考慮空間燒孔效應(yīng)）；在相同的條件下，若增加腔長，則激光器輸出的縱模數(shù)會 不變 。7、在用KDP晶體縱向電光調(diào)制系統(tǒng)中，波片的作用是使得通過晶體后的兩偏振分量產(chǎn)生附加相位差為：，對應(yīng)的兩偏振分量的光程差為四分之一2 波長，其作用可以通過在晶體上附加電壓來代替。8當(dāng)進(jìn)行聲光調(diào)制時，通過改變超聲波的功率 實(shí)現(xiàn)調(diào)制；當(dāng)進(jìn)行聲光

5、偏轉(zhuǎn)時，通過改變超聲波的 頻率 來實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。9、被動鎖模激光器中，由不規(guī)則的脈沖演變到鎖模脈沖的物理過程大致分為 三個階段，分別是 線性放大階段，非線性吸收階段 ，非線性放大階段。10、二階非線性極化產(chǎn)生倍頻和光學(xué)參量振蕩，光學(xué)相位共軛基于三階非線性 極化。得分三、簡答題（共30分）1、激光是受激輻射光。但在激光工作物質(zhì)中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸 收是同時存在的，試討論使受激輻射過程占優(yōu)勢的條件，采取什么措施可以滿 足這個條件？ （ 6分）答：（1）受激輻射相對于受激吸收占優(yōu)勢的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，通過泵浦可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) .（3分）（2）受激輻射相對于自發(fā)輻射占優(yōu)勢的條件是諧振腔內(nèi)只有一個

6、或少數(shù)幾個 模式起振，（因為分配到一個模式的自發(fā)輻射幾率等于一個光子引起的受激躍 遷幾率，只要模式數(shù)足夠少，受激輻射將占優(yōu)勢），采取的措施是建立諧振腔, 并采用適當(dāng)?shù)倪x模措施。 （3分）2、當(dāng)高斯光束通過薄透鏡時，假設(shè)透鏡焦距F一定，厲為透鏡變換后的遠(yuǎn)場發(fā)散角，物距I取何值時宀，取何值時40 ? （ 6分）答：根據(jù)高斯光束的性質(zhì)，厲宀p 0，入：=，0分兩種情況進(jìn)行 討論（1）若Ff,透鏡焦距足夠小，無論I取何值，均可使-0。（2分）2-0-022 2-0F 2 F -I f-1=F_.,F2_f2 : I : F F2 _ f2.（2分（2）在F f的情況下（2分）3、均勻加寬工作物質(zhì)的增益

7、飽和與非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和的基本特征是什么？ （ 6分）答：（1）對均勻加寬工作物質(zhì)，頻率為i的強(qiáng)光入射有效地消耗了激發(fā)態(tài)度額 原子數(shù)，原子對其他頻率處的貢獻(xiàn)降低了， 使得其他頻率的弱光的增益系數(shù)也 以同等程度下降，其結(jié)果是增益在整個譜線上均勻下降。 （3分）（2）對非均勻加寬工作物質(zhì)，頻率為 i的強(qiáng)光只引起表觀中心頻率在 “附近 的反轉(zhuǎn)集居數(shù)飽和，因而在增益曲線上形成一個燒孔。 （3分）4、綜合比較聲光偏轉(zhuǎn)和電光偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)（提示：從偏轉(zhuǎn)角度、驅(qū)動電壓、偏轉(zhuǎn)效率、對激光頻率的影響等方面進(jìn)行分析）（6分）答：（1）聲光偏轉(zhuǎn)角度大，驅(qū)動電壓低，偏轉(zhuǎn)效率低于電光偏轉(zhuǎn)，引起激光頻率偏移。 .（

8、3分）（2）電光偏轉(zhuǎn)角度小，驅(qū)動電壓高，偏轉(zhuǎn)效率趨近于100%不影響激光頻率。 .（3 分）5、試比較調(diào)Q激光器和鎖模激光器產(chǎn)生短脈沖的工作原理的本質(zhì)區(qū)別（6 分）答：（1）調(diào)Q的基本原理是通過調(diào)節(jié)諧振腔的 Q值（損耗）的方法，使腔內(nèi)的 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累到最大，再突然提高Q值，使積累在上能級的大量粒子雪崩式 的躍遷到低能級，于是在極短的時間內(nèi)將能量釋放出來，就獲得峰值功率極高的短脈沖輸出。 （3分）（2）鎖模的基本原理是使各縱模在時間上同步，即把它們的相位相互聯(lián)系起來，使之有確定的關(guān)系（咒宀二常數(shù)），各個縱模發(fā)生相干疊加，輸出一個 峰值功率高、脈沖寬度窄的脈沖序列，脈沖寬度近似等于振蕩線寬的倒數(shù)

9、。（3分）四、計算與問答題（30分）1、如圖所示，波長為=1.06F的Nd:YAG激光器，全反射鏡的曲率半徑R=0.5m, 距離全反射鏡a=0.15m處放置長為b=0.18的Nd:YAG奉，其折射率=1.8, 棒的右端直接鍍上半反射膜作為腔的輸出端。（15分）1）判別腔的穩(wěn)定性；（5分）2）求Nd:YAG晶體棒輸出端的光斑半徑；（3分）3）在距輸出端c=0.2m處放置F=0.1m薄透鏡，求經(jīng)透鏡后的光腰半徑和位置。(7 分)解答：1)等效腔長L =a b/ =0.15 0.18/1.8 =0.25m(1)(2 分)g1g2 -R2 丿 I 0.5 A 00 丿二 0.5(2)0 : glg2

10、1該腔為穩(wěn)定腔。(3分)2)R=2L ，該腔為半共焦腔，束腰在平面鏡位置處.5 16=29052 3.14(4 分)3): - 02上23.14290 10=0.249m1.06 10“(5)經(jīng)過透鏡后的光束腰斑半徑f2290 10 0.1J(0.1 -0.2 f +0.249-=108m 2 (3 分)l =F(I-F ) +f2腰斑位置2(0.20.1 )7.1(3分)-0.12廠0.114m(7)(0.2 0.1 ) +0.2492、某四能級系統(tǒng)，其 曰為基態(tài)能級，四個能級的簡并度相同。泵浦光頻率與 呂、E間躍遷相對應(yīng)，其躍遷幾率 W =W E能級到E2能級的躍遷足夠快，使 得呂能級上的

11、粒子數(shù)可忽略，且 E3到其它能級的躍遷可忽略。旦能級的壽命2 較長，Ei能級的壽命H較短，但不可忽略，因而 E能級上的粒子數(shù)密度不可忽 略，EmEi的躍遷速率為1/ 2i，總粒子數(shù)密度為n,求：（15分）1）在巳和Ei間形成集居數(shù)反轉(zhuǎn)的條件（因無諧振腔，也無相應(yīng)頻率的光入射， 因而E2和Ei間的受激輻射和受激吸收可忽略）；（8分）2）E2和日間的反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度與 W n的關(guān)系式；（4分）3）泵浦極強(qiáng)時E2和Ei間的反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度。（3分）解答：1 ）穩(wěn)態(tài)躍遷速率方程：理二WpFlojo （1）dt2並=22=0（2）dt - 211n 5 口 =n （3） . （5 分）由（2）式得到山二r）2（4）可21餉=n2 -m = n2 1 L （5）21 /由（5）可得E2和E