1、物理團學學風建設部激( 2007年1及應用月 5日)時間: 第 18周五一單項選擇（30分）1自發輻射系數與激發態 E2平均 的關系為（ B）2系數 A21和 B21之間的關系為（C）3自然增寬譜線為（C）（A）線型 （B）拋物線型 （C） 洛侖茲線型 （D）雙曲線型4對稱共焦腔在穩定圖上的坐標為（ B ）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）5閾值條件是形成激光的（C）（A）充分條件 （B）必要條件 （C）充分必要條件（D）不確定6諧振腔的縱模間隔為（ B）7對稱共焦腔基模的遠場發散角為（ C）8諧振腔的品質因數 Q 衡量腔的（ C）（A）質量優劣（B）

2、穩定性（C） 儲存信號的能力（D）性9鎖模激光器通?？色@得（ A）量級短脈沖10YAG 激光器是典型的（C）系統（A）二能級 （B）三能級 （C） 四能級 （D）多能級二填空（20分）1.任何一個共焦腔與等價，而任何一個滿足穩定條件的球面腔地等價于一個共焦腔。(4分)2 .光子簡并度處于、 物理團學學風建設部 、。（4分）3激光器的基本結構包括三部分，即、 和。（3分）4影響腔內電磁場能量分布的因素有、 、。（3分）5有一個諧振腔，腔長 L=1m，在1500MH的范圍內所包含的縱模個數為 個。（2分）6目前世界上激光器有數百種之多，如果按其工作物質的不同來劃分，則可分為四大類，它們分別是、 和

3、。（4分）三、計算題（ 42分）1（8分）求 He-Ne 激光的閾值反轉粒子數密度。已知 6328Å，1/f(n)109Hz，1，98.33， 107s，腔長 L0.1m。設總損耗率為，相當于每一反射鏡的等效反射率 RlL2（12分）穩定雙凹球面腔腔長 L1m,兩個反射鏡的曲率半徑大小分別為 R11.5m,R23m 求它的等價共焦腔腔長，并畫出它的位置。3（12分）從鏡面上的光斑大小來分析，當它超過鏡子的線度時，這樣的橫模就不可能存在。試估算在 L30cm, 2a=0.2cm 的 He-Ne 激光方形鏡共焦腔中所可能出現的最高階橫模的階次是多大？44（10分）某光束的腰斑半徑光波長。

4、求與腰斑相距 z=30cm 處的光斑及等相位面曲率半徑。四、論述題（8分）1（8 分）試畫圖并文字敘述模式競爭過程物理團學學風建設部激 及應用（A）卷 及評分標準：一、（30 分）BCCBCBCCAC二、（20 分）1. .無窮多個穩定球面腔(2 分) 唯一(2 分)2. 處于一個光子態的平均光子數(1 分) 處于同一模式的光子數(1 分) 相干體積內偏振一樣的光子數 (1 分) 處于同一 中的偏振一樣的光子數 (1 分)3. 工作物質、激勵能源、光學諧振腔 （3 分）4. 激活介質的光放大作用(1 分)腔鏡反射全介質吸收(1 分)衍射損耗(1 分)510（2 分）6. 固體激光器、氣體激光器

5、、液體激光器、半導體激光器 （4 分）三（42 分）1（8 分）Dn閾(8p=(8p=解 ；042（12 分）解：假設所要求的等價共焦腔的共焦參數為 f，以等價共焦腔中點為 z 坐標的原點，M1，M2 兩鏡的 z 坐標為 z1 和 z2，有z =L(R2 - L)1(L - R ) + (L - R )12- L(R - L)z2 = (1L - R1 )+ (L - R2 )f 2 = L(R1 - L)(R2 - L)(R1 + R(L - R1 )+ (L - R2 )代入數值 L1m, R11.5m,R23m 得：物理團學學風建設部ì z = - 4ï 15

6、9;1í z2 = 5 ïï f =14ïî5（3 分）L¢ = 2 f = 2 14等價共焦腔腔長5（1 分）位置如上圖所示。（4 分）3（12 分）解：高階模沿 x,y 方向的光斑半徑分別為wms =2m +1w0 swns =2n +1w0 s（2 分）基模光斑半徑：w=Ll = 2.46 ´10-2 cm0sp（3 分）橫模存在時，要求滿足wms =2m + 1w0s < a（2 分）éæ a ö2ùm < êç÷ -1ú2

7、= 7.7即：êëè w0s øúû（2 分）即m £ 7 ，同理有： n £ 7故可能出現的最高階橫模的階次是 7。（3 分）4（10 分）解：光斑半徑:30 ´ 0.6328 ´10-43.14物理團學學風建設部æ lz ö2w(z) = w0 1+ ç pw2 ÷(3分）è0 øæ10.6 ´10-3 ´ 300 ö2= 1.14 ´ 1+ ç3.14 ´1.1

8、42÷èø= 1.45mm(2分）等相位面曲率半徑:æ pw2 ö2R(z) = z1+ ç l 0 ÷ (3分）èz øæ3.14 ´1.142ö2= 301+ ç÷ è 10.6 ´10-3 ´ 300 ø= 79.4cm（2分）四、論述題（8 分）1（8 分）答：圖中 q-1，q-2，+1，q+25 個縱模滿足閾值條件，隨著外界激發的增強，則縱模的光強增長，但是，光強增加時，引起增益飽和作用，增益頻率下降，曲線

9、變扁，使曲線 1 變為曲線 2，q-2， q+2 滿足閾值。（1 分）光強繼續增加時，曲線 2 變為曲線 3，使 q-2， q+2 的增益小于閾值，不再振蕩，而 q-1， q+1 滿足閾值。（1 分）光強繼續增加時，曲線 3 變為曲線 4，使 q-1， q+1 的增益小于閾值， 不再振蕩，則只剩下 q 模滿足閾值條件獲得輸出。這種通過增益飽和效應， 靠近譜線中心頻率的縱模逐漸把其他縱模抑制掉的過程就是模式競爭。（3 分）物理團學學風建設部工業大學試卷 (B)激及應用課程名稱:時間: 第 18周五( 2007年1 月5日)一單項選擇（30分）1在一定溫度下，自發輻射幾率是受激輻射幾率的（B）倍2

10、粒子數反轉分布狀態微觀粒子滿足（D）（A）分布（B）分布（C） 玻爾茲曼分布（D）負溫度分布3碰撞增寬譜線為（C）（A）線型 （B）拋物線型 （C） 洛侖茲線型 （D）雙曲線型4CO2譜線的增寬為53MHz，中心頻率所對應的譜線函數極大值為（A）5平行平面腔在穩定圖上的坐標為（ C）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）6諧振腔的縱模共振頻率為（ A）7對稱共焦腔基模光腰為（ A）8對同一種介質，小信號增益系數隨（B）變化（A）譜線寬度 （B）激發功率 （C）粒子數密度（D）自發輻射幾率9調 Q 激光器通?？色@得（ C）量級短脈沖10紅寶石激光器是典型的（

11、B）系統（A）二能級 （B）三能級 （C） 四能級 （D）多能級二. 填空（20分）1激光束的基本特性是、 物理團學學風建設部 、。（4分）2光和物質相互作用產生受激輻射時，輻射光和照射光具有完全相同的特性，這些特性是指、和。（4分）3激光腔振蕩模的特征是、 、。（4分）4He-Ne 激光器是典型的四能級系統，有三條主要激光譜線，其激光譜線及波長分別為、 。（6分）5若光束通過1m 長的激光介質以后，光強增大了一倍，此介質的增益系數 G 為 （2 分）三、計算題（44 分）1（8分）靜止氖原子心波長變為多大？譜線中心波長為，求當它以0.1c 速度向觀察者運動時，中2（8分）腔長為0.5m 的氬

12、離子激光器，發射中心頻率 5.85´l014Hz，熒光線寬6´l08 Hz，問它可能存在幾個縱模?相應的 q 值為多少？(設=1)3（20分）某激光器（1） 它產生的基模采用平凹腔，腔長 L1m，凹面鏡曲率半徑 R2m。求：光束的腰斑半徑及腰斑位置。光束的焦參數。光束的遠場發散角。（2）它產生的基模（3）它產生的基模4，（8分）He-Ne 激光器輻射6328Å 光波，其方形鏡對稱共焦腔，腔長 L0.2m。腔內同時存在，橫模。若在腔內接近鏡面處加小孔光闌選取橫模，試問：(1)如只使，模振蕩，光闌孔徑應多大？(2)如同時使四論述題（6分）1（6 分）試述調 Q 激光器

13、原理，模振蕩而抑制振蕩，光闌孔徑應多大？物理團學學風建設部激及應用（B）卷及評分標準：一（30分）BDCACAABCB二.1.2（20分） 好、單色性好、相干性好、 (4分)（4分） 方向。相位 、頻率 、偏振態、3.3S®2P0.6328m2S®2P1.15m3S®3P3.39mGln2 m-14（2分）（2分）（2分）（2分）5三（44分）1（8分）解：由多譜勒效應：，（兩者相互接近時，即相向時，）（4分 ）（4分 ）2（8分）解：，（2 分，（2分）則可能存在的縱模數有三個，它們對應的 q 值分別為：物理團學學風建設部，q11949999q1=1950001

14、，（4分）3（ 20 分）解：(1)它產生的基模光束的腰斑半徑及腰斑位置。（3分）（1分）代入各數值得：f = 1cm又 R2m2L可見此平凹腔為半共焦腔（2分）腰斑半徑為：（3分）設平面鏡距腰斑位置為,凹面鏡距腰斑位置為，則（4分）（1分）可見腰斑位置 z=0剛好在平面鏡處。（2）它產生的基模光束的焦參數。其產生的基模光束的焦參數即為產生光束的共焦腔焦參數，（1分）即f= 1cm（3）它產生的基模光束的遠場發散角：4（8分）解：(1)TEM00模在鏡面處的光斑半徑為所以光闌孔徑應該為0.2mm (2)TEM11模在鏡面處的光斑半徑為（4分）物理團學學風建設部所以光闌孔徑為0.35mm（4分）

15、四（6分）1（6分）答：初始時腔的 Q 值很低，使腔內的損耗變大，上能級不斷積累大量粒子。當在一定的外界激發功率下，上能級上的粒子數積累到最大值， （3分 ）突然使諧振腔的 Q 值變高，這時激光器的閾值突然降低，在上能級上的粒子立即以極高的速度以雪崩的方式躍遷到低能級上，在瞬間形成極高的光脈沖峰值功率。（3 分工業大學課程名稱:激與技術試卷 ( A )試卷滿分 100分時間: 2007年 6月 18 日一、選擇題（每題3分，共30分）(第16 周 )1.世界上第一臺激光器是（）(B)(A)(C)氦氖激光器激光器(D) 紅寶石激光器釹激光器(E) 砷化鎵結型激光器2.按照原子的量子理論，以通過自

16、發輻射和受激輻射的方式發光，它們所產生的光的特點是：（(A)(B)(C)(D)）兩個原子自發輻射的同頻率的光是相干的，原子受激輻射的光與入射光是不相干的 兩個原子自發輻射的同頻率的光是不相干的，原子受激輻射的光與入射光是相干的 兩個原子自發輻射的同頻率的光是不相干的，原子受激輻射的光與入射光是不相干的 兩個原子自發輻射的同頻率的光是相干的，原子受激輻射的光與入射光是相干的3氦-氖激光器屬于典型的（）系統（C） 四能級 （D）多能級（A）二能級（B）三能級4體積，中心波長60nm，模式數目為（，線寬）5加寬發生在（A）固體（C）氣體（）介質中（B）液體（D）等離子體6半共心腔在穩定圖上的坐標為（

17、）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）7對于均勻增寬介質，中心頻率處小信號增益系數為，當時 ，飽和顯著，非小信號中心頻率增益系數為：（）（A）（B）（C）（D）8.一平凹腔,其凹面鏡的半徑 R 等于腔長 L,它是(（A）穩定腔 （B）臨界腔 （C）非穩腔)物理團學學風建設部9.能夠完善解釋黑體輻射實驗曲線的是()（B）（D）（A）（C）-公式公式公式公式10.腔長為0.5米,=1.5,縱模間隔為()（A）（B）（C）二、填空題（共20分）（D）1.穩定腔的一塊反射鏡的曲率半徑 R14L，求另一面鏡的曲率半徑取值范圍 。(5分)2.一共焦腔(對稱)L0.4

18、0m，0.6328mm，束腰半徑徑為。(5分)3. 下圖是紅寶石的能級結構和躍遷示意圖。請說明圖中以下符號的意義，(每空2分，共10分)，離腰56cm 處的光束有效截面半W13W21 、 E2E1 、 A21 三、計算題（共40分）。1（12分）(1) 一質地均勻的材料對光的吸收為0.01mm-1、光通過10cm 長的該材料后，出射光強為入射光強的百分之幾? (2) 光束通過長度為1m 的均勻激活的工作物質，如果出射光強是入射光強的兩倍，試求該物質的增益系數。2（14分）試從勻增寬激光器的最佳輸出功率為：式出發，證明用最佳透射率表示的非均3（14分）考慮一用于氬離子激光器的穩定球面腔，波長 0

19、.5145mm，腔長L1m，腔鏡曲率半徑 R1=1.5m，R2=4m。試計算光腰和位置及焦參數。四、簡答題（10分）物理團學學風建設部1連續激光器穩定工作時的增益系數是否會隨泵浦功率的提高而增加？為什么？工業大學試卷參考及評分標準 ()課程名稱:激與技術。時間:2007年 6月 18 日(第16 周 )單項選擇題（每題3分，共30分）一、1（ D）、 2（B）、3（C）、4（C）、5（C）6（D）、7（C）、8（B）、9（C）、10（B）二、填空題（20分）1（5分）2 0.6mm（5分3 .（每空2分，共10分）受激吸收幾率(激勵幾率) 受激發射幾率激光上能級 、 基態能級, 又是激光下能級

20、, 也是抽運能級、自發發射幾率三、計算題（共40分） 解：（1）（12分）（2分）（3分）（2）（2分）（2分）（3分）2（14分），等式兩邊對 t 求導，并零（3分）證明：由物理團學學風建設部得：（3分）整理上式可得：，（3分）（2分）即：式中 t 即為最佳透射率 tm，則最佳輸出功率（3分）3（14分）解：（1）束腰半徑（3分）（2）束腰位置m；（2分）（3）兩鏡面上的光斑分別為：（3分）（3分）（4）焦參數物理團學學風建設部（3分）物理團學學風建設部四、簡答題（10分）1答：（2分）因為連續激光器穩定時增益系數為G0，為小信號增益系數， I為腔內光強， Is為 飽 和 光 強 。（3分）

21、因此，當滿足閾值條件以后，當外界的泵浦功率增加時，腔內光強增加，引起增益飽和作用，（2分）則增益下降。在穩態工作時，激光器的增益系數保持與閾值相等，隨泵浦功率的提高而增加。工業大學課程名稱:激與技術時間: 2007年 6月 18試卷 ( B )試卷滿分 100分日(第16 周一)單項選擇題（每題3分，共30分）一、1 原子受激輻射的光與外來引起受激輻射的光具有相同的 ()頻率、發散角、量子狀態、偏振、方向(A) (C)(B) (D)2.在激光器中利用光學諧振腔 （）(A)(B)(C)(D)可提高激光束的，而不能提高激光束的單色性可提高激光束的單色性，而不能提高激光束的可同時提高激光束的既不能提

22、高激光束的和單色性.也不能提高其單色性3自然加寬是由于（）引起（A）激發態有一定的（B）粒子的碰撞（D）粒子的振動（C）效應4.加寬寬度可表示為()（A）（B）（C）（D）5. 一平凹腔,其凹面鏡的半徑 R 小于腔長 L,它是(（A）穩定腔 （B）臨界腔 （C）非穩腔)6對稱共心腔在穩定圖上的坐標為（）（A）（-1，-1） （B） （0，0） （C）（1，1） （D）（0，1）7在方型對稱情形，TEM11對應的花樣（）物理團學學風建設部（A）（B）（C）（D）（E）8在連續運轉激光器穩定狀態（A）增益系數隨泵浦功率增加（C）小信號增益系數隨光強增加）（B）增益系數隨光強增加而減少（D）增益系數

23、等于閾值增益系數9設均勻增寬型介質的小訊號增益曲線的寬度為，當時的穩定工作時訊號增益曲線的線寬為（）10 鎖模激光器輸出脈沖功率，為：（）（A）脈沖數目.（B）縱模數目.（C）橫模數目.（D）能級數目二、填空題（共20分）1.要制作一個腔長 L60cm 的對稱穩定腔，反射鏡的曲率半徑取值范圍R(5分)2.CO2激光器輸出功率為50W(有效截面內的功率)，聚焦后的基模有效截面直徑連續工作的50mm，每平方厘米平均功率為. (5分)3 .請完成下面的表格(每格2分，共10分)激光器名稱工 作 物質粒子工 作 物質形態激光譜線波長能級系統類型激勵方式紅寶石固態三能級系統He-NeNe 原子能量的共振轉移三、計算題（40分）4.74×1014Hz，熒光線寬F1.5´l09Hz。今腔長 Llm，1（12分）HeNe 激光器的中心頻率問可能輸出的縱模數為若干？為獲得輸出，腔長最長為多少？模的節線位置的表達式(腔長 L、光波波長l、2(14分)（1）試求出方形鏡對稱共焦腔鏡面上方形鏡邊長 a)