哈工大激光原理考研試題

1、哈爾濱工業(yè)大學二OO年碩士研究生入學考試試題考試科目： 激光原理報考專業(yè)： 物理電子學考試科目代碼：817 是否允許使用計算器：是考生注意：答案務必寫在答題紙上，并標明題號。答在試題上無效。題號-一一-二二-三四五六七總分分數(shù)40402015101015150分物理常數(shù)：真空中光速c=3x 108m/s普朗克常數(shù) h=6.626x 10-34j?s電子電荷 e=1.6x 10-19c玻耳茲曼常數(shù)k=1.38 X0-23 J/K一填空(每空2分，共40分，按(1)、(2)(20)順序寫在答題紙上)1 頻率為v溫度為T的黑體輻射光源的光子簡并度n= (1)，模密度nv= (2)2. 紅寶石激光器常

2、用的發(fā)射波長為nm ,其激光形成過程包括：Cr3+的受激吸收、 (4)、粒子數(shù)反轉狀態(tài)的形成、(5)、受激發(fā)射、在諧振腔的作用下產(chǎn)生激光。3增益飽和的物理機制為：當激光腔內(nèi)光強I v增加時，由于強烈的受激發(fā)射導致 減小，致使增益系數(shù)下降。均勻加寬工作物質的增益飽和為增益曲線(7);非均勻加寬工作物質的增益飽和為增益曲線(8)。4若某激光器的損耗系數(shù)為0.1cm-1，貝U達到激光振蕩的閾值條件時增益系數(shù)G二(9) cm-1;當四能級系統(tǒng)的受激發(fā)射截面為 5X10-15cm2時，激光上能級粒子數(shù)密度閾值 n3t(10) cm-3。5無源腔損耗描述參數(shù)中，光子的平均壽命T r與平均單程損耗因子S 的

3、關系式為：(11)，品質因數(shù)(Q值)與光子的平均壽命T R的關系式為：(12)6. 某高斯光束焦參數(shù)為f=1m，將焦距F=1m的凸透鏡置于其腰右方l=2m處，計算 經(jīng)透鏡變換后的像光束的焦參數(shù)f為(13)及其腰距透鏡的距離I為(14)。7. 任意一個共焦球面腔與(15)個穩(wěn)定球面腔等價；任一滿足穩(wěn)定性條件的球面腔(16)等價于某一個共焦腔。8. 選橫模的物理基礎是：不同橫模的(17)損耗不同，高階橫模比基模損耗(18)，以此來抑制高階橫模，而只保留 TEM 00模。9. 激光工作物質的凈增益線寬內(nèi)包含有 (2N+1)個縱模，假設各個縱模振幅均相等為 Eo,如果鎖模輸出，其兩個主脈沖(極大值)之

4、間的時間間隔為 (19)，鎖模脈沖 寬度為(20)。二.簡要回答下列問題(每題4分，共40分)1. 原子的受激發(fā)射概念、受激發(fā)射系數(shù)和受激發(fā)射幾率之間的關系式。2. 什么是激光？與熒光光源相比激光有哪些特性？3. 三能級系統(tǒng)的缺點。4. 激光為什么具有很好的單色性？5. 原子譜線非均勻加寬的特點、類型和線型。6. 均勻加寬激光器中模的競爭概念。7. 簡述描述高斯光束的(f，z)參數(shù)、(3，R)參數(shù)、q參數(shù)之間的關系8. 簡述激光行波放大器設計中要重點考慮的幾個問題。9 .聲光調Q工作原理。10. 什么是飽和吸收穩(wěn)頻。光泵浦的四能級系統(tǒng)的躍遷如圖所示。已知激發(fā)速率W14為1 X108S-1，能級

5、的平均壽命T2為0.1無輻射躍遷S21為激發(fā)速率W14的5倍，激光上下能級的統(tǒng)計權重相等；激光上能級的粒子數(shù)密度是激光下能級的2倍，腔內(nèi)只存在一個I振蕩模，考慮光的損耗。(20分)(1) 根據(jù)能級圖列出完整的速率方程組；(2) 計算受激發(fā)射幾率W32和受激吸收幾率W23的大?。?3) 各能級總粒子數(shù)密度為8X1015cm-3,根據(jù)1A321卜 1rES43>>W14假設E4能級上粒子數(shù)密度為0,計算反轉粒子數(shù)密度四.已知CO2激光器的波長為10.6呵，已知CO2的分子量為44,氣體的溫度為704K， 激光上下能級統(tǒng)計權重相等。(15分)(1) 熱平衡狀態(tài)下，激光上能級的粒子數(shù)為 n3,激光下能級的粒子數(shù)為n2,計算In n3 值；(2) 計算譜線的非均勻加寬？V;(3) 如果自然加寬譜線寬度為 2MHz，碰撞加寬譜線寬度為5MHz，試判斷該激 光器是否可能采用蘭姆凹陷穩(wěn)頻，并說明理由。五.試推導出近軸光線在對稱共焦腔中往返兩次的光線傳播矩陣，并分析其穩(wěn)定性(10 分)六畫圖說明什么是虛共焦非穩(wěn)腔；求出其共軛像點，并說明其自再 現(xiàn)波形特點。（10分）七.設高斯光束的共焦參數(shù)為f，在