1、1. 熱平衡時，原子能級E2的粒子數密度為n2，下能級E1的粒子數密度為n1，設統計權數，求：(1)當原子躍遷時相應頻率為3000MHz，T300K時n2/n1為若干。(2)若原子躍遷時發光波長1m，n2/n10.1時，則溫度T為多高？答：（1）則有：（2）2. 如果我們沒有考慮原子能級E2、E1具有一定的寬度，而假設能級是無限窄的，可以認為自發輻射是單色的，但實際上該輻射都是有一定的寬度（光譜線寬），請畫圖來表示光譜線寬；什么叫譜線加寬以及譜線加寬的因素和類型。答： 譜線加寬：實際上，由于各種因素的影響，原子能級具有一定的寬度，自發輻射并不是單色的，而是分布在中心頻率(E2-E1)/h附件一

2、個很小的頻率范圍內。譜線加寬有均勻加寬和非均勻加寬。如果引起加寬的物理因素對每個都是等同的，稱作均勻加寬；如果原子體系中每個原子只對譜線內與它的靜觀中心頻率相應的部分有貢獻，即可區分譜線上的某一頻率范圍是由哪一部分原子發射的，稱作非均勻加寬。均勻加寬分有自然加寬，碰撞加寬和晶格振動加寬；非均勻加寬分有多普照勒加寬和晶格缺陷加寬。3. 光的相干的含義。什么叫時間相干性和空間相干性。答：相干：表示光的相關程度。（1）空間相干性 ：在同一時刻，空間任一點的波幅為另一點的波幅的確定函數，并且密切相關。（2）時間相干性 ：空間上的同一點，在不同的時刻，其波幅之間存在著確定的關聯。4. 為什么在紫外區乃至

3、X光區段的激光發射條件，比在可見、紅外區實現受激發射要困難得多。答： 頻率越低， A21 / B21的值越小。即熱平衡體受激發射幾率相對于自發發射的幾率較大些。5. 激光光束的質量以M2來表示，請給出M2的表達式，并說明表達式中參數的含義。答： （實際比基橫模）和0分別為實際和基橫模高斯光束的束腰半徑；和0分別為實際光束和基橫模高斯光束的遠場發散角。6. 諧振腔有哪幾個作用? 諧振腔駐波條件是什么?作用：提供反饋能量，選擇光波的方向和頻率。 駐波條件：在線度為之內能容納半波長的整數倍， 7. 什么叫激光器的橫模和縱模？并用圖來舉例表示。橫模：激光束在橫截面上的一種光強分布，如常見的基模。縱模：

4、激光器諧振腔中的一個穩定的駐波，稱為一個縱模。通常，我們常用的He-Ne單模激光器（單縱模單橫模）8. He-Ne激光器，其譜線半寬度，問為多少？要使其相干長度達到1000m，它的單色性應是多少？解：9. He-Ne激光器腔長L=250mm，兩個反射鏡的反射率約為98%，其折射率=1，已知Ne原子處譜線的，問腔內有多少個縱模振蕩？光在腔內往返一次其光子壽命約為多少？光譜線的自然加寬約為多少？解：10. 設平行平面腔的長度L=1m，一端為全反鏡，另一端反射鏡的反射率，求在1500MHz頻率范圍內所包含的縱模數目和每個縱模的頻帶寬度？解：11. 已知CO2激光器的波長處光譜線寬度，問腔長L為多少時

5、，腔內為單縱模振蕩（其中折射率=1）。解：，12. Nd3YAG激光器的波長處光譜線寬度，當腔長為10cm時，腔中有多少個縱模？每個縱模的頻帶寬度為多少？ 解：取R=0.9813. 某激光器波長，其高斯光束束腰光斑半徑。求距束腰10cm、20cm、100cm時，光斑半徑和波陣面曲率半徑各為多少？根據題意，畫出高斯光束參數分布圖。解：對共焦腔有：14. He-Ne激光器波長，采用平凹腔，其中凹面反射鏡R=100m時：分別計算當腔長為10cm、30cm、50cm、70cm、100cm時兩個反射鏡上光斑尺寸W平和W凹。根據題意，畫出光斑尺寸W平和W凹隨腔長L變化曲線。解：15. 比較激光振蕩器和放大

6、器的異同點。解：不同：前者有諧振腔，有選模作用；后者無諧振腔；相同：粒子數反轉；16. 試說明紅寶石激光器的譜線競爭。解：屬于三能級系統。激光譜線有0.6943m+0.5928m；0.6943m占優勢, 哪一條譜線起振完全取決于諧振腔介質膜反射鏡的波長選擇。為了保證一定波長的輸出，可以采取合適的措施抑制其他波長的振蕩，如：使用布儒斯特窗進行選擇性的吸收；在腔鏡上鍍反射膜，進行選擇性的反射；在腔內放置吸收元件，進行選擇性的吸收。17. 說明選單模（橫、縱）的意義和方法。解：選單橫模的意義:提高光束質量，包括單色性、方向性、相干性、亮度等，重要的是獲得穩定的鎖模激光和好的激光聚焦光束，進行時間空間

7、分辨應用。精細激光加工：光斑直徑=透鏡焦距*發散角。超強超快激光應用; 激光通信、雷達、測距等，希望作用距離大，發散角小。 選單橫模的方法：加小孔光欄；諧振腔結構。 選單縱模意義：單頻激光應用，穩頻應用，高相干性和單色性，時間（時鐘）標準等。精密干涉測量，全息照相，高分辨光譜等要求單色性、相干性高的單頻光源。 選單縱模方法：（1）色散腔粗選頻率：采用棱鏡，光柵色散;（2） 短腔法：縱模間距越大越好；（3）F-P標準具法：不同的波長有不同的透射率；（4）復合腔法（相當于短腔）；（5）利用Q開關選單縱模，關時： 只有單縱模在閾值附近起振；開時：輸出單縱模。18. 釹玻璃激光工作物質，其熒光線寬 ，

8、折射率n=1.50，若用短腔選單縱模，腔長應為多少？解：縱模間距19. 畫出Nd+3-YAG的能級圖。解：20. 試從能級結構上分析鈦寶石激光器的可調諧性。解： 摻鈦藍寶石激光器的激光躍遷發生在2E激發態與2T2基態之間，光泵浦Ti原子到上能量，隨后馳豫到是上能級的底部。由于鈦粒子與基質晶體之間的強相互作用，以及電子在上下能級中分布的很大差別，使得譜線在一個很大的范圍內都會發生躍遷。 摻鈦藍寶石的光譜吸收帶與熒光發射帶有小部分重疊，吸收譜峰值位于500nm附近，熒光峰值約為780nm，而700-900nm范圍可調諧功率最高。21. 列舉激光輸出波長在可見光范圍內的激光器，并按工作物質的性質分類和指出各個波長所對應的顏色。解：氬離子激光器：514.5nm,488.0nm,紫外He-Ne 氣體激光器: 632.8nm氦鎘激光器：藍光441.6nm 紫外325.0nm Rh6G染料激光器：570-630nm （有毒，基本不用了）紅寶石激光器: 694nm 紅色22. 列舉輸出波長在紅外波段的激光器。解：Nd+3:YAG激光器Nd+3:YVO激光器Nd+3:Glass激光器CO2氣體激光器Ti+3:Sapphir