《激光原理》本科期末考试试卷及答案
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 一 二 三 四 合计 题 号 一 二 三 四 总分 得 分 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 。 2. Nd:YAG激光器可发射以下三条激光谱线 946 nm、 1319 nm、 1064 nm。其中哪两条谱线属于四能级结构 1319 nm、 1064 nm。 3. 红宝石激光器属于 3 几能级激光器。He-Ne激光器属于 4 能级激光器。 复核人 得 分 1. 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组 …………………密……………封……………线……………密……………封……………线………………… 4. 激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和 相干性好 5. 激光器的基本组成部分 激活物质、 激光谐振腔 、 泵浦源 。 6. 激光器稳态运转时，腔内增益系数为 阈值 增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率 相等. 7. 调Q技术产生激光脉冲主要有 锁模 、 调Q 两种方法。 二、解释概念：（共15分，每小题5分）(选作3题) 题 号 一 二 三 合计 系、班 姓 名 座 号 dn3?n0W03?n3?S32?A31?dt?dn2f2????n?n1??21??,?0??Nl?n2?A21?S21??n3S322??dtf1?? dn0?n1s10?n0W0?n3A30dtn1?n2?n3?n0?ndNl?Nlf2??????n?n??,??N? 21?210ldt?f???1Rl E3 S32 E2 W03 A03 S03 S21 A21 W21 W12 E1 E0 得 分 1. 基模高斯光束光斑半径： 激光光强下降为中心光强2点所对应的光斑半径. 1e2. 光束衍射倍率因子 光束衍射倍率因子=实际光束束腰半径?实际光束远场发散角 基膜高斯光束束腰半径?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: 1?1L??2?T?????01???R2 0?1L?1?????21?01?????R1??0??1? ?…………………密……………封……………线……………密……………封……………线………………… 3．什么是对成共焦腔,计算对成共焦腔g参数.: 答: 对成共焦腔:R1=R2=L 对成共焦腔g参数.: 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. 四． 计算题（36分） 题 号 一 二 三 四 合计 得 分 1．试计算连续功率均为1W的两光源，分别发射?＝0.5000?m，?=3000MHz的光，每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？（8分） 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n，则： 由此可得： n?P?nh??nhc 系、班 姓 名 座 号 g1?1?LL?0 g2?1??0 R1R2g?g1g2?0 4. 画出声光调Q激光器原理图，说明声光调Q基本原理？ ?PP??h?hc其中h?6.626?10?34J?s为普朗克常数，c?3?108m/s为真空中光速。 所以，将已知数据代入可得： ?=500nm时： n=2.5?1018s-1 ?=3000MHz时： n=5?1023s-1 2. 今有一球面腔，R?1.5m，R12??1m，L＝80cm。试证明该腔为稳定腔；求出解：设腔内各处光强相同 腔外出射光强 ：Iout?I?(1?R) 输出功率 : Pout?IoutA?I?(1?R)A A为光斑面积 腔内平均光强：Ivq?I??I? I?q??I?q??0.5Ivq 则得： Pout?I?q?TA?0.5I?qTA 由于稳态时：gHvq,Ivq?gt??/l 且gHvq,Ivq?…………………密……………封……………线……………密……………封……………线………………… 系、班 姓 名 座 号 它的等价共焦腔的参数。（9） LL解：g1=1-=0.47 g2=1-=1.8 ，g1?g2=0.846 R1R2 即：0< g1?g2<1，所以该腔为稳定腔。 由公式（2.8.4） L?R2?L?Z1==-1.31m ?L?R1???L?R2??L?R1?L?Z2==-0.15m ?L?R1???L?R2?L?R1?L??R2?L??R1?R2?L?2f2==0.25m 2??L?R1???L?R2??f=0.5m 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gH(?q)?0gH(vq)????1?IvqIs?vq??0?vq?gH?0?gH?vq?l?1?? ??gt 则得：Ivq?Is?vq?????l???0?gH??q?l?1?Pout?ATIs??q??1? ??2???(1?Ivq?Is(vq)?l
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