激光原理部分题答案

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1、07级光信息《激光原理》复习提纲简答题1、简述自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的联系与区别。（1）受激辐射过程是一种被迫的、受到外界光辐射控制的过程。没有外来光子的照射，就不可能发生受激辐射。（2）受激辐射所产生的光子与外来激励光子属于同一光子状态，具有相同的位相、传播方向和偏振状态。（3）激光来自受激辐射，普通光来自自发辐射。两种光在本质上相同：既是电磁波，又是粒子流，具有波粒二象性；而不同之处：自发辐射光没有固定的相位关系，为非相干光，而激光有完全相同的位相关系，为相干光。（4）自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身，而受激辐射的跃迁几率决定于受激辐射系数与外来光单色能量密度的乘积

2、。（5）受激吸收是与受激辐射相反的过程，它的几率与受激辐射几率一样取决于吸收系数和外来光单色辐射能量密度的乘积。2、二能级系统有无可能通过光泵浦实现稳态粒子数反转？（不能，PPT上有）AE2BioB01A01▼"当B2=B2即塔2=“2严〃El在光和原子相互作用达到稳定条件下A2]n2dt+B2]pvn2dt=Bnpvn}&n2_W得到~nx~不满足粒子数反转，所以不能实现。3、简述均匀增宽和非均匀增宽的区别。（类型，贡献不同ppt上有）简述光谱线增宽类型，它们之间的联系与区别自然加宽均匀加宽碰撞加宽均匀增宽的共同特点•引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的•都是光辐射偏离简谐波

3、引起的谱线加宽非均匀增宽的共同特点•原子体系中每个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱线上某一频率范围是由哪一部分原子发射的。均匀增宽同非均匀增宽的区别是均匀增宽中每一个原子对谱线宽度内任意频率都有贡献，且贡献相同；而非均匀增宽中每一个原子只对其速度所对应的频率有贡献，即不同速度的原子的作用是不同的。5、画图简述三能级和四能级系统产生激光的能级跃迁过程。(ppt)(1)三能级系统(红宝石激光)e3泵浦高能级(寿命很短)、、、无辐射跃迁抽运、—E2激光上能级亚稳态能级长寿令激励—Jhv=E2-d基态激光下能级工作物质在这些能级间的跃迁过程:泵浦(Wp》T无

4、辐射跃迁(S32)T受激跃迁(W/活・••U!能级系统激励抽运£4泵浦高能级无辐射跃迁—E.激光上能级hv=E3-E2—e2激光卞能级无辐射跃迁E］基态泵浦（Wp）T无辐射跃迁（SQT受激跃迁他32）T无辐射跃迁（唇）6、简述激光形成条件。（三要素，谐振腔，泵浦）7、如何使激光器内受激辐射大于受激吸收和自发辐射，从而实现光放大。（ppt有）8、谐振腔稳定性的条件？稳定条件：0＜（1-£//?1）（1-£//?2）＜1R,R2为球面镜曲率半径，厶为腔长，凹面反射镜的R取正，凸面反射镜的R取负。9、简述均匀增宽介质和非均匀增宽介质增益饱和的区别?比较均匀加宽和非均匀加宽的增益系数和增益

5、饱和均匀增宽：G®）二吟非均匀增宽：单也1+产（1+彳严S£＜光波Z使非均匀增宽型介质发生增益饱和的速率要比均匀增宽型介质缓慢。＜光波H吏均匀增宽型介质对各种频率的光波的增益系数都下降同样的倍数；而对非均匀增宽型介质它只能引起某个范围内的光波的增益系数下降，并且下降的倍数不同。■实际上均匀增宽型与非均匀增宽的饱和作用影响的频率范围是一样大的。由于多普勒增宽比均匀增宽宽得多，因此相同频率范^围对于多普勒增宽只能烧一个孔。10、什么是烧孔效应和兰姆凹陷。（图配文字）表明：频率为—强度为/的光波仅使围绕中心频率口宽度为△4（l+/〃s）"心范围内的粒子有饱和作用，因此在△孔（0曲线上形成一

6、个以5为中心的凹陷，习惯上把它叫做烧孔I佥Lamb凹陷对于多普勒增宽，光波/使频率为旳，即速度“产空浮c附近的vo粒子数密度反转分布饱和；同样沿负轴传播的光波/也会使速度为一5（其对应的频率为"[1-¥卜）的反转粒子数密度饱和，即沿腔轴负方向传播的频率V=v2为的光波将在增益曲线上的附近烧一个孔。Lamb凹陷：在多普勒增宽线型的中心频率y0,光波只在增益曲线上烧一个孔。（对应沿腔轴运动速度为零）11、何为自再现模，解释自再现模积分方程中本征函数和本征值的物理含义。当两个镜面完全相同时，经过多次腔内反射后，场分布将不再受衍射作用的影响，形成一种稳定的场分布（虽然光强等比例衰减，各点相位

7、发生同样大小滞后），即场分布经过一次往返后能够“再现”出来，这个稳定的横向场分布就是谐振腔的自再现模或横模。本征函数wmn:表示在激光谐振腔中存在的稳定的横向场分布，就是自再现模，通常叫做“横模”，加、〃称为横模序数。本征值5〃加指对于一次渡越的衍射损耗（单程衍射损耗），加、〃称为横模序数。12、简述饱和光强是如何决定腔内光强以至激光器输出功率大小的。G（v）—I.——G阈J1+/仏不同激光工作物质的饱和光强Is的值不相同。有些介质，如二氧化碳，其饱和光强