激光原理与技术试卷08级a卷评分标准

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1、Ａ卷2010—2011学年第1学期《激光原理与技术》试卷评分标准及参考答案专业班级姓名学号开课系室光电信息科学系考试日期2010年12月16日题号一二三总分得分阅卷人第6页共6页本套试题共17题，满分100分，答题时间120分钟。一、填空题：（本题共40分）1、（2分）LASER是英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的缩写。(如单词写的不全，或拼写有误，酌情扣1分)2、（3分）激光器主要由工作物质、谐振腔和泵浦系统三部分组成。（每空1分，答出基本含

2、义就给分）3、（2分）有一个谐振腔，腔长L=1m，折射率取1，在的范围内所包含的纵模个数为10或11个。（答10；11；10或11均给分）4、（4分）目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器、化学激光器和光纤激光器等。（写出4类即可，重复的扣分）5、(3分)稳定腔的一块反射镜的曲率半径，其中为腔长，则另一面镜的曲率半径取值范围或。（缺一个解扣1分）6、（3分）一般文献将激光的基本特性归结为方向性、单色性和高亮度。（答出基本意思就给分）7、

3、（3分）一光束通过长度为的均匀激励工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，那么该物质的增益系数为（假设光很弱，可不考虑增益或吸收饱和效应）。8、（4分）采用调Q技术可将激光的脉宽压缩到纳秒量级，常用的调Q方法有转镜调Q、电光调Q、声光调Q和饱和吸收调Q等。（每空1分）9、（2分）多普勒加宽属于非均匀加宽，其特点为原子系统中不同原子或原子群对谱线的不同部分有贡献；而碰撞加宽属于均匀加宽，其特征是所有原子对整个谱线都有贡献。10、(4分)写出下面几种激光器的较强谱线波长：（请以纳米为单位）(1)红宝石激光器693.4

4、nm(2)Nd:YAG激光器1064nm(3)激光器16000nm(4)He-Ne激光器632.8nm(每空1分，不按要求的单位不得分)第6页共6页11、（3分）激光倍频技术可以使激光的频率变为原来的2倍，具体实现有内腔倍频和外腔倍频两类。（每空1分）12、（3分）光和物质发生的三种相互作用分别为：自发辐射、受激辐射、受激吸收。（每空1分）13、（4分）方形镜共焦腔的横模强度花样如图所示，写出其模式标记（，确定其中的值），为模花样，为模花样。（每空2分）二、计算及论述题（共45分）14、（本题20分）写出基模高斯

5、光束的传播公式，并说明各项的物理意义；若某高斯光束束腰尺寸为，，求与束腰相距远处的光斑半径和波前曲率半径；写出束腰处和距束腰处的参数。解：(1)沿Z轴传播的寂寞高斯光束的表达式为：（2分）其中：为Z处光斑半径为Z处的曲率半径R为瑞利长度，共焦参数为束腰半径（3分）(2)当时，因此，与束腰相距处，第6页共6页（5分，直接写出结果的酌情扣分）与束腰相距处，（5分，直接写出结果的酌情扣分）(3)在束腰处，有，有：(5分，直接写出结果的酌情扣分）15、（本题10分）写出判断光学谐振腔稳定性的公式，利用该公式和图解方法判断

6、下列谐振腔的稳定性。（1）（2）（3）解：谐振腔的稳定性条件为：，对两镜腔，此条件简化为，即（1）对于的谐振腔，有，所以该腔不稳定（2分）（2）对于的谐振腔，有因此该腔稳定（2分）（3）对于的谐振腔，有因此该腔稳定（2分）3种情况传播圆方法如图所示，共4分第6页共6页(1)(2)(3)16、（本题15分）Nd:YAG激光工作物质属于几能级系统？画出相应的能级系统的示意图，并推导出其速率方程。答：Nd:YAG激光工作物质属于4能级系统（2分）能级简图如下图所示：w03A30S30S32S21A21W21E3E2E1

7、E0W12S10其中为基态能级，、为激发态能级，为亚稳态能级，和分别为激光的上、下能级（3分）第6页共6页（5分）引入发射界面的概念，可得：（5分）三、证明题（本题15分）17、（本题15分）已知一稳定腔两球面反射镜的曲率半径分别为和，腔长为，试证明其基模高斯光束束腰半径满足关系式：。（提示：可以采用图解方法或者等价共焦腔方法中的任一种）证明：采用传播圆图解方法，知道了反射镜的曲率半径R1和R2，也就知道了反射镜处波面的曲率半径R1和R2，于是我们就可以作M1镜处的s1圆和M2镜处的s2圆来确定腔内可能振荡的高斯

8、光束。若两s圆是相交的，则两者的交点Fl与Fl¢即为腔内振荡的高斯光束的侧焦点。两侧焦点离光轴的距离b0即为腔内振荡的高斯光束的束参数。由下图中所示的几何关系，不难求得第6页共6页（5分）或此处，（5分）分别为两反射镜离束腰的距离，L为两反射镜的间距。确定了z1和z2，也就确定了腔内高斯光束束腰的位置，由此可求出值，代入，可得最终结果：（5分）（本题步骤不全，依据不充分的