《激光原理》本科期末考试试卷及答案

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华中科技大学 2012 年《激光原理》期末试题 (A)

一般稳定球面腔与共焦腔的等价性：任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价； 任何一个稳定球面腔唯一地等价于一个共焦腔。 三、问答题：（共 32 分，每小题 8 分）

题 号

得 分

一

二

三

四

总分

复核人

题 号

得 分

一 二 三 四 合计

线

评卷人

一. 填空 : （每孔 1 分，共 17 分）

1. 通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值

高 。

nm、 1064 1. 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组 dn3

nm。其

n0W03 n3 S32

2 n

号

2. Nd:Y AG 激光器可发射以下三条激光谱线 946 nm、 1064 nm、 1319 nm。

座 dt

dn2 dt dn0

A31

f 2 f1

封 中哪两条谱线属于四能级结构 3. 红宝石激光器属于 4.

1319 n1

21

, 0 N l

n2 A21

S21

n3S32

3 几能级激光器。 He-Ne 激光器属于 4 能级激光器。

激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和

激活物质、 激光谐振腔 、 泵浦源 相干性好

。

5. 激光器的基本组成部分 dt n1 n2 dNl dt

E 3

n s1 10 n0W0 n3A30

n3 n

2

密

n0 n

f 2

n f 1

1

21

,

0

N

l

N l

6. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为 率和生成激光的光子速率

相等.

阈值 增益系数 ,此时腔内损耗激光光子的速

Rl

7. 调 Q 技术产生激光脉冲主要有 锁 模 、 调 Q 两种方法。

S32

E 2

名 线 姓

二、解释概念：（共 15 分，每小题 5 分） ( 选作 3 题)

题 号

得 分

一 二 三 合计

W 03

A 03

S03

1. 基模高斯光束光斑半径：

S21 A 21

W 21

W 12 E 1

班 封 、 系

激光光强下降为中心光强

1 e

2

E 0

点所对应的光斑半径 .

2. 光束衍射倍率因子

密

光束衍射倍率因子 =

实际光束束腰半径基膜高斯光束束腰半径

实际光束远场发散角 基膜高斯光束远场发散 角

3. 一般稳定球面腔与共焦腔的等价关系：

;..

.

2. 一两块球面镜组成的直腔， 腔长为 L，球面镜的曲率半径分别为 R1 和 R2，写出其往返矩阵的表达式。

答:往返矩阵为 :

答.电光晶体两端加一定电压，使沿 x 方向的偏振光通过电光晶体后，沿 轴两方向偏振光的位相差为 ，电光晶体相当于 1/4 波片，光束两次通过电光晶体时，偏振方向旋转 90°，偏振方向与偏振片检偏方向垂直，光束无法通过检偏片，腔内损耗高， 激光无法振荡 ; 突然撤除电压后，损耗迅速下降，上能级反转粒子数迅速转化为激光 脉冲输出 .

线 T

1 L 0 1

1 2 R2

0 1 L 1 0 1

1 2 R1

0 1

号座

封

3. 什么是对成共焦腔 ,计算对成共焦腔 g 参数.:

四． 计算题（ 36 分）

题 号

得 分

一 二 三 四 合计

＝ 0. 5000 m， =3000MHz 的光，每秒从上答: 对成共焦腔 :R1=R2=L 对成共焦腔 g 参数 .:

1. 试计算连续功率均为 1W 的两光源，分别发射 能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？（ 8 分）

n，则：

密

g 1 1

L R1 0

0

g2 1

L R2

0

解：若输出功率为 P，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为

P nh

cnh P hc

8

g g1g2

由此可得：

n

P h

34

名 线

4. 画出声光调 Q 激光器原理图，说明声光调 Q 基本原理？

其中 h

姓

6.626 10 J s 为普朗克常数， c 3 10m/s 为真空中光速。

所以，将已知数据代入可得：

=500nm 时：

班 封 、 系

n=2.5 1018s-1 n=5 10s

23-1

=3000MHz 时：

密

;..

.

解：设腔内各处光强相同

2. 今有一球面腔，

R1.5m

1

，

R

2

1m ， L＝ 80cm。试证明该腔为稳定腔；求出它的等价

腔外出射光强 ： I out 输出功率 : Pout

I (1 R)

共焦腔的参数。 （ 9） 解： g 1 =1-

I out A I (1 R) A

A 为光斑面积 I

0.5I v

L R 1

封

=0.47 g 2 =1-

L R 2

=1.8 ， g 1 g 2 =0.846

腔内平均光强： I v

则得：

q

I

I

I

q q

q

号

座

密

即： 0< g 1 g 2 <1，所以该腔为稳定腔。

由公式（ 2.8.4）

Z 1 =

Pout I TA 0.5I qTA

q

=-1.31m

由于稳态时：

gH vq , I v

H

q

gt

q

/ l

L R 2 L L R 1

L R 2

且 g I vq H vq ,

g 0 v 1 I vq

l

gt 则得： I v

q

g 0 v l

I s vq H

q

Z 2 =

L R1 L L R 1

L R 2

I s vq l

q

1

=-0.15m

1 Pout

g 0

ATI s q H

f =

2

L R1 L R 2

L R1

L R1 L R 2

R 2

2

L

2

1

=0.25m

2

线

f=0.5m

名 姓

3. 3. 一均匀加宽激光器，其输出耦合镜透射率为 T(T<<1), 求其在单纵模条件下输

出 功 率 表 达 式 .( 已 知 均 匀 加 宽 激 光 介 质 增 益 表 达 式 为

封

g H ( q )

g (v ) q

0 H

(1

I v q

班 、系

密

I s (vq )

l

线

;..