1、1、 光與物質相互作用的三個基本過程：自發輻射、受激輻射、受激吸收。2、 激光器的損耗指的是在激光諧振腔內的光損耗，這種損耗可以分為兩類：內部損耗、鏡面損耗。3、 形成激光的條件：實現粒子數反轉、滿足閾值條件和諧振條件。4、 激光的四個基本特性：高亮度、方向性、單色性和相干性。5、 激光調制方法：內調制是指在激光生成的振蕩過程中加載調制信號，通過改變激光的輸 出特性而實現的調制。 外調制則是在激光形成以后，再用調制信號對激光進行調制，它并不改 變激光器的參數，而是改變已經輸出的激光束的參數。就調制方法來講，也有振幅調制、強度調制、頻率調制、相位調制以及脈沖調制等形式。6、 三種譜線增寬形式：自

2、然增寬、碰撞增寬、多普勒增寬。7、 單縱模激光器的選頻方法：短腔法、法布里珀羅標準具法、三反射鏡法。8、 激光器的基本結構：激光工作物質：能夠實現粒子數反轉，產生受激光放大。激勵能源：能將低能級的粒子不斷抽運到高能級，補充受激輻射減少高能級上的粒子數。光學諧振腔：提高光能密度，保證受激輻射大于受激吸收。9、 高斯光束的基膜腰斑半徑（腰粗）公式：W=W=簡答題：1、 用速率方程組證明二能級系統不可能實現粒子數反轉分布。2、 簡述光頻電磁場與物質的三種相互作用過程，并指出其影響因素。（畫圖說明）答:光與物質相互作用的本質是光與物質中的電子發生相互作用，使得電子在不同的能級之間躍遷。包括三種基本過程

3、：自發發射、受激輻射以及受激吸收。.自發發射在無外電磁場作用時,粒子自發地從E2躍遷到E1,發射光子hv。(a)特點:各粒子自發、獨立地發射的光子。各光子的方向、 偏振、初相等狀態是無規的, 獨立的，粒子體系為非相干光源。受激輻射:原處于高能級E2的粒子, 受到能量恰為hv=E2-E1的光子的激勵, 發射出與入射光子相同的一個光子而躍遷到低能級E1 。特點:受激發射只能在頻率滿足hv=E2-E1的光子的激勵下發生;不同粒子發射的光子與入射光子的頻率、位相、偏振等狀態相同; 這樣,光場中相同光子數目增加,光強增大,即入射光被放大 光放大過程。受激吸收:原處于低能級E1的粒子,受到能量恰為hv=E

4、2-E1的光子照射而吸收該光子的能量,躍遷到高能級E2。3、3、簡述激光器的基本結構以及產生激光的基本條件：有提供放大作用的增益介質作為激光工作物質，其激活粒子（原子、分子或離子）有適合于產生受激輻射的能級結構。有外界激勵源，將下能級的粒子抽運到上能級，使激光上下能級之間產生粒子數反轉有光學諧振腔，增長激活介質的工作長度，控制光束的傳播方向，選擇被放大的受激輻射光頻率以提高單色性。4,、什么是激光的調Q技術？詳細說明調Q原理。答：用調節諧振腔的Q值以獲得激光巨脈沖的技術稱為激光調Q技術。調Q原理指的是，采用某種辦法使諧振腔在泵浦源開始時處于高損耗低Q值狀態，這時激光振蕩的閾值很高，粒子密度反轉

5、數即使積累到很高水平也不會產生振蕩；當粒子密度反轉數達到其峰值時，突然使腔的Q值增大，將導致激光介質的增益大大超過閾值，極其快速地產生振蕩。5、激光器主要由哪些部分組成？各部分的作用是什么？答：工作物質： 這是激光器的核心，只有能實現能級躍遷的物質才能作為激光器的工作物質。目前，激光工作物質已有數千種，激光波長已由X光遠至紅外光。例如氦氖激光器中，通過氦原子的協助，使氖原子的兩個能級實現粒子數反轉；.激勵能源（光泵） 它的作用是給工作物質以能量，即將原子由低能級激發到高能級的外界能量。 通過強光照射工作物質而實現粒子數反轉的方法稱為光泵法。例如紅寶石激光器，是利用大功率的閃光燈照射紅寶石（工作

6、物質）而實現粒子數反轉，造成了產生激光的條件。通常可以有光能源、熱能源、電能源、化學能源等。光學共振腔 這是激光器的重要部件，其作用一是使工作物質的受激輻射連續進行；6、造成激光器線寬的原因有哪些？答：能級的有限壽命造成了譜線的自然寬度；發光粒子之間的碰撞造成了譜線的碰撞寬度（或壓力寬度）；發光粒子的熱運動造成了譜線的多普勒寬度。（詳）首先是內部的原因：在理想的激光器中完全忽略了激活介質的自發輻射，而一個實際的激光器盡管它的自發輻射相對于受激輻射來說是極其微弱的，但它畢竟還是不可避免地存在著，而且在激光器的輸出功率中也貢獻它極其微小的一個份額。這樣，激光器的增益就應該包括受激過程和自發過程兩部

7、分的貢獻。在振蕩達到平衡時，激光器內的能量平衡，應該是介質的受激輻射增益與自發輻射增益之和等于腔的總損耗，因而受激輻射的增益應略小于總損耗。這樣，對于受激輻射的相干光來說，每一個波列都存在一定的衰減率，正是這種衰減造成了一定的線寬，這是問題的一面。另一方面，腔內自發輻射又產生一列一列前后位相無關的波列，這些波列和相干的波列的光強相疊加，使腔內的光強保持穩定。而這樣一些一段一段的互相獨立的自發輻射的波列也要造成一定的線寬。以上兩方面的因素就造成了由于存在自發輻射而引起的激光線寬。造成線寬的原因(1) 能級的有限壽命造成了譜線的自然寬度(2)發光粒子之間的碰撞造成了譜線的碰撞寬度(或壓力寬度)。(

8、3)發光粒子的熱運動造成了譜線的多普勒寬度。實際的譜線線型是以上三者共同作用的結果，我們把這樣的譜線叫做發光物質的熒光譜線，其線寬叫做熒光線寬。8、寫出激光輸出頻率的表達式并指出影響頻率的因素。（寫出共焦腔TEM模諧振頻率）答：對共焦腔的TEM00模的頻率為：v=q,q=1，2,3，從表達式上可以看出：腔長變化、折射變化都是影響頻率穩定的因素。環境溫度的起伏，激光管的發熱及機械振動都會引起諧振腔幾何長度的改變。溫度的變化、介質中反轉集居數的起伏以及大氣的氣壓、濕度變化都會影響激光工作物質及諧振腔裸露于大氣部分的折射率。9、簡述激光在某個方面的應用，說明原理并注明應用了激光的哪個特性。答：激光在

9、醫療美容方面的運用。激光美容的原理是通過組織吸收高能量的激光后說產生的光熱反應，是局部溫度在數秒內驟然升高到數百度或更高，組織發生凝固性壞死，甚至炭化或汽化，與此同時，由于急劇發熱，組織的水分突然劇烈喪失，聚焦后，可以切割或燒灼病變組織。激光有著和普通光源顯著不同的特點，它的單色性、相干性、方向性極好、亮度極高等。因此，它與生物體作用時會產生許多特殊的效應，這也是激光可以用來診治疾病、美容的原因之一。7、描述能級的光學躍遷的三個過程，并寫出它們的特征和躍遷幾率。答：光學躍遷中同時存在著光的自發輻射、受激吸收和受激輻射三個過程。（1）自發輻射過程：處于高能級E的一個原子自發的向E躍遷，并發射一個能量為hv的光子，這種過程稱為自發躍遷，由原子自發躍遷發出的光被稱為自發輻射。特點：自發產生；輻射是獨立的。自發躍遷幾率：=（2）受激吸收過程：處于低能態E的一個原子，在頻率為v的輻射場作用（激勵）下，吸收一個能量為hv的光子并向E能態躍遷，這種過程稱為受激吸收躍遷。特點：非自發的，有外來光照射；增強光的強度；與原光子性質、狀態完全相同。受激吸收躍遷幾率：W=（3）受激輻射過程：處于上能級E的原子在頻率為v的輻射場作用下，躍遷至低能態E,并輻射一個能量為hv的光子。受激輻射躍遷發出的光波稱為受激輻射。特點：只