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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
;..
《激光原理》本科期末考试试卷及答案
