激光原理考試基本概念

1、第一章1、 激光與普通光源相比有三個(gè)主要特點(diǎn)：方向性好，相干性好，亮度高。2、 激光主要是光的受激輻射，普通光源主要光的自發(fā)輻射。3、 光的一個(gè)基本性質(zhì)就是具有波粒二象性。光波是一種電磁波，是一種橫波。4、 常用電磁波在可見光或接近可見光的范圍，波長為0.330m,其相應(yīng)頻率為10151013。5、 具有單一頻率的平面波叫作單色平面波，如果頻率寬度n1/g1的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)狀態(tài)的介質(zhì)叫作增益介質(zhì)或激活介質(zhì)。簡答題一：產(chǎn)生激光的三個(gè)條件：1. 有提供放大作用的增益介質(zhì)作為激光工作物質(zhì)，其激活粒子（原子、分子或離子）；（有合適的激光工作物質(zhì)）2. 有外界激勵(lì)源，將下能級的粒子抽運(yùn)到上能級，使激光上

2、下能級之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。3. 有光學(xué)諧振腔；增長激活介質(zhì)的工作長度，控制光束的傳播方向，選擇被放大的受激輻射光頻率以提高單色性。第二章簡答題二：腔中任一傍軸光線經(jīng)過任意多次往返傳播而不逸出腔外的諧振腔能夠使激光器穩(wěn)定地發(fā)出激光，這種諧振腔叫作穩(wěn)定腔。共軸球面腔的穩(wěn)定性條件是：0(1-L/R1)(1-L/R2)11、 共軸球面腔的穩(wěn)定性條件：0g1g20,或者說增益系數(shù)G0。7、 增益系數(shù)要大于一個(gè)下限值，為激光器的閾值，它的數(shù)值由各種損耗的大小決定。8、 激光器的損耗指的是在激光諧振腔內(nèi)的光損耗，分為內(nèi)部損耗（諧振腔內(nèi)增益介質(zhì)內(nèi)部的損耗，它與增益介質(zhì)的長度有關(guān)）和鏡面損耗（可以折合到諧振腔鏡

3、面上的損耗）。9、 形成激光所要求的增益系數(shù)的條件是：Ga總，即總損耗系數(shù)。解釋為：增益不小于總損耗。10、 三能級系統(tǒng)：閾值高，效率低；四能級系統(tǒng)：閾值條件低，效率高。第三章1、 激光諧振腔的自在現(xiàn)模;當(dāng)兩個(gè)鏡面完全相同時(shí)（對稱開腔），穩(wěn)態(tài)場（橫向場）分布應(yīng)在腔內(nèi)經(jīng)單程渡越（傳播）后即實(shí)現(xiàn)“再現(xiàn)”。2、 本征函數(shù)解Umn表示的是在激光諧振腔中存在的穩(wěn)定地橫向場分布，就是自再現(xiàn)模，通常叫做“橫?！薄?、 諧振腔形成的每一列駐波稱為一個(gè)縱模。4、 激光諧振腔的諧振頻率主要決定于縱模序數(shù)Vmnq=qc/2L5、 腔內(nèi)兩個(gè)相鄰縱模頻率之差q稱為縱模的頻率間隔。6、 基橫模（TEM00）行波場，激光應(yīng)

4、用常常只用它的基橫模輸出。7、 基橫模行波輸出在與光束前進(jìn)的垂直平面上的強(qiáng)度呈高斯型分布，通常稱為高斯光束。注：計(jì)算題有關(guān)高斯光束的相關(guān)計(jì)算。第四章1、 激光的基本技術(shù)有：直接對激光器諧振腔的輸出特性產(chǎn)生作用：選模技術(shù)、穩(wěn)頻技術(shù)、調(diào)Q技術(shù)和鎖模技術(shù)等，獨(dú)立應(yīng)用：光束變換技術(shù)、調(diào)制技術(shù)和偏轉(zhuǎn)技術(shù)。2、 基橫模（TEM00）與高階模相比，具有亮度高、發(fā)散角小、徑向光強(qiáng)分布均勻、振蕩頻率單一等特點(diǎn)。3、 激光器輸出的選模（選頻）技術(shù)分為兩個(gè)部分：對激光縱模的選取和對激光橫模的選取。4、 一般來說，均勻增寬的的穩(wěn)定激光器的輸出常常是單縱模的，而且它們的頻率總是在譜線中心附近。5、 非均勻增寬激光器的輸

5、出一般都具有多個(gè)縱模。6、 設(shè)計(jì)單縱模激光器就必須采取選頻的方法。7、 激光振蕩的條件是增益系數(shù)G必須大于損耗系數(shù)a總。8、 基橫模選擇的實(shí)質(zhì)是使TEM00模達(dá)到振蕩條件，而使高階橫模的振蕩受到抑制。一般只要能抑制比基橫模高一階的TEM10模和TEM01模振蕩，也就能抑制其他高階模的振蕩。9、 菲涅爾數(shù)越大，單程衍射損耗越小，菲涅爾系數(shù)是表征諧振腔衍射損耗的特征參量。10、 激光器中，氣體激光器的單色性最好。11、 頻率的穩(wěn)定包括（頻率穩(wěn)定度和頻率復(fù)現(xiàn)度），穩(wěn)頻的方法：主動式穩(wěn)頻和被動式穩(wěn)頻。12、 主動式穩(wěn)頻的例子：蘭姆凹陷法穩(wěn)頻、飽和吸收法穩(wěn)頻。13、 高斯光束變換特性：高斯光束的聚焦、擴(kuò)

6、束和準(zhǔn)直。14、 高斯光束的準(zhǔn)直就是要改善光束的方向性，壓縮光束的發(fā)散角。P89(公式4-47和4-48)15、 擴(kuò)束就是擴(kuò)大光束的光斑尺寸。簡答題三：激光調(diào)制可分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制。內(nèi)調(diào)制是指在激光生成的震蕩過程中加載調(diào)制信號，通過改變激光的輸出特性而實(shí)現(xiàn)的調(diào)制。外調(diào)制是在激光形成以后，再用調(diào)制信號對激光進(jìn)行調(diào)制，他不改變激光器的參數(shù)，而是改變已經(jīng)輸出的激光束的參數(shù)。16、 激光調(diào)制器有：電光強(qiáng)度調(diào)制、電光相位調(diào)制，聲光調(diào)制，磁光調(diào)制，和空間光調(diào)制。17、 實(shí)現(xiàn)激光偏振的途徑主要有機(jī)械偏轉(zhuǎn)、電光偏轉(zhuǎn)和聲光偏轉(zhuǎn)。18、 調(diào)Q技術(shù)有：電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q和染料調(diào)Q。19、 用調(diào)節(jié)諧振腔的Q值以獲得激

7、光巨脈沖的技術(shù)稱為激光調(diào)Q技術(shù)。調(diào)Q技術(shù)可以壓縮激光脈沖寬度，得到脈寬為毫微秒量級、峰值功率為千兆瓦量級的激光巨脈沖。20、 激光鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)是進(jìn)一步對激光進(jìn)行特殊的調(diào)制，強(qiáng)迫激光器中振蕩的各個(gè)縱模的相位固定，使各模式相干疊加以得到超短脈沖的技術(shù)。腔長越長，熒光線寬越寬，則腔內(nèi)的縱模數(shù)目越多，鎖模脈沖的峰值功率就越大。激光鎖模技術(shù)有：主動鎖模和被動鎖模兩種。第五章1、 固體激光器主要理解激光工作的物質(zhì)激活粒子是什么（是誰發(fā)光）能級系統(tǒng)（幾能級）供能方式（泵浦方式）輸出方式（脈沖？連續(xù)？）2、 固體激光器是以摻雜離子的絕緣晶體或玻璃為工作物質(zhì)的激光器。最常用的固體工作物質(zhì)仍是紅寶石、釹玻璃、

8、摻釹釔鋁石榴石（Nd3+:YAG）。3、 固體激光器基本上是由工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、諧振腔和冷卻、濾光系統(tǒng)構(gòu)成。固體激光工作物質(zhì)是固體激光器的核心。4、 紅寶石激光器(激活粒子:鉻離子Cr3+)屬于三能級系統(tǒng)，YAG（摻釹釔鋁石榴石(激活粒子釹離子Nd3+)）激光器屬于四能級系統(tǒng)。5、 氣體激光器（氦氖激光器屬于四能級系統(tǒng)，激活粒子為Ne原子），（CO2激光器既能連續(xù)工作，又能脈沖，輸出功率大，效率高，為四能級系統(tǒng)，工作物質(zhì)為CO2氣體分子）計(jì)算題第1章 ：1,121 試計(jì)算連續(xù)功率均為1W的兩光源，分別發(fā)射0.5000mm，=3000MHz的光，每秒從上能級躍遷到下能級的粒子數(shù)各為多少？答：粒

9、子數(shù)分別為： 12設(shè)氖原子靜止時(shí)發(fā)出0.6328mm紅光的中心頻率為4.741014Hz，室溫下氖原子的平均速率設(shè)為560m/s。求此時(shí)接收器接收頻率與中心頻率相差若干？答：第2章 ：3,43.(a)要制作一個(gè)腔長L60cm的對稱穩(wěn)定腔，反射鏡的曲率半徑取值范圍如何？(b)穩(wěn)定腔的一塊反射鏡的曲率半徑R14L，求另一面鏡的曲率半徑取值范圍。答：（a）； （b）4. 穩(wěn)定諧振腔的兩塊反射鏡，其曲率半徑分別為R140cm，R2100cm，求腔長L的取值范圍。答：第3章 ：1,2,5,6,71腔長為0.5m的氬離子激光器，發(fā)射中心頻率5.85l014Hz，熒光線寬6l08 Hz，問它可能存在幾個(gè)縱模

10、?相應(yīng)的q值為多少？ (設(shè)=1)答：，則可能存在的縱模數(shù)有三個(gè)，它們對應(yīng)的q值分別為：，q1=1950001，q119499992HeNe激光器的中心頻率4.741014Hz，熒光線寬1.5l09Hz。今腔長Llm，問可能輸出的縱模數(shù)為若干？為獲得單縱模輸出，腔長最長為多少？答：，即可能輸出的縱模數(shù)為10個(gè)，要想獲得單縱模輸出，則：故腔長最長不得大于。5(a)計(jì)算腔長為1m的共焦腔基橫模的遠(yuǎn)場發(fā)散角，設(shè)6328，10km處的光斑面積多大。(b)有一普通探照燈，設(shè)發(fā)散角為2，則1km遠(yuǎn)處的光斑面積多大？答：（1）基橫模的遠(yuǎn)場發(fā)散角（2）10km處的光斑尺寸10km處的光斑面積（3）1km處的光斑尺寸1km處的光斑面積6激光的遠(yuǎn)場發(fā)散角(半角)還受到衍射效應(yīng)的限制。它不能小于激光通過輸出孔時(shí)的衍射極限