激光原理简答题整理

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1、1.什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度？答：光的相干性：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。相干时间:光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。相干长度:相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。3.何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源的光子简并度与它的相干性什么联系？答:光子简并度:处于同一光子态的光子数称为光子简并度。光子简并度有以下几种相同含义:同态光子数

2、、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。联系:激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。4.什么是黑体辐射？写出公式，并说明它的物理意义。答：黑体辐射:当黑体处于某一温度的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。物理意义:在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。5.描述能级的光学跃迁的二大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。答：(1)自发辐射:处于高能级的一个原子自发的向跃迁，

3、并发射一个能量为hv的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。特征：a)自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程，无需外来光。b)每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为V，各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。自发跃迁爱因斯坦系数：(2)受激吸收:处于低能态的一个原子，在频率为的辐射场作用（激励）下，吸收一个能量为的光子并向能态跃

4、迁，这种过程称为受激吸收跃迁。特征：a)只有外来光子能量时，才能引起受激辐射。b)跃迁概率不仅与原子性质有关，还与辐射场的有关。受激吸收跃迁概率：（为受激吸收跃迁爱因斯坦系数，为辐射场）(3)受激辐射:处于上能级的原子在频率为的辐射场作用下，跃迁至低能态并辐射一个能量为的光子。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。特征：a)只有外来光子能量时，才能引起受激辐射；b)受激辐射所发出的光子与外来光子的频率、传播方向、偏振方向、相位等性质完全相同。受激辐射跃迁概率：（为受激辐射跃迁爱因斯坦系数，为辐射场）6.激光器速率方程中的系数有哪些？它们之间的关系是什么？答：自发跃迁爱因斯坦系数，受激吸收跃迁爱

5、因斯坦系数，受激辐射跃迁爱因斯坦系数关系：7.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。8.什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？答:热平衡时能级粒子数的分布:在物质处于热平衡状态时，各能级上的原子数（或集居数）服从玻尔兹曼分布。粒子数反转:使高能级粒子数密度大于低能级粒子

6、数密度。如何实现粒子数反转: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。9.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？答••激光增益定义: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:当光强很弱时，集居数差值不随z变化，增益系数为一常数，称为线性增益或小信号增益。大信号增益:在放大器中入射光强与（为饱和光强）相比拟时，，为大信号增益。增益饱和: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。10.什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？答:自激振荡:不管初始光强多么微弱，只要放大器足够长，就总是形成确定大小的光

7、强，这就是自激振荡的概念。产生条件:满足腔的谐振条件，成为腔的梳状模之一；频率落在工作物质的谱线范围内，即对应增益系数大于等于阈值增益系数。11.激光的基本特性是什么？答:激光四性:单色性、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。12.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？答：（1)激光的方向性越好，它的空间相干性程度越高。（2)激光的相干