1、第一部分 知識點 1.自發輻射受激輻射受激吸收的概念及相互關系 2.激光器的主要組成部分有哪些？各個部分的基本作用。激光器有哪些類型？如何對激光器進行分類。 3.什么是光波模式和光子狀態？光波模式、光子狀態和光子的相格空間是同一概念嗎？何謂光子的簡并度？ 4.如何理解光的相干性？何謂相干時間，相干長度？如何理解激光的空間相干性與方向性，如何理解激光的時間相干性？如何理解激光的相干光強？ 5.EINSTEIN系數和EINSTEIN關系的物理意義是什么？如何推導出EINSTEIN關系？ .產生激光的必要條件是什么？熱平衡時粒子數的分布規律是什么？ .什么是粒子數反轉，如何實現粒子數反轉？ .如何定

2、義激光增益，什么是小信號增益？什么是增益飽和？ .什么是自激振蕩？產生激光振蕩的基本條件是什么？ 10.如何理解激光橫模、縱模？ 11.描述激光諧振腔和激光鏡片的類型？什么是諧振腔的諧振條件？ 12.如何計算縱模的頻率、縱模間隔？ 13.如何理解無源諧振腔的損耗和Q值？在激光諧振腔中有哪些損耗因素？什么是腔的菲涅耳數，它與腔的損耗有什么關系？ 14.寫出（1）光束在自由空間的傳播；（2）薄透鏡變換；（3）凹面鏡反射 15.什么是激光諧振腔的穩定性條件？ 16.什么是自再現模，自再現模是如何形成的？ 17.基模高斯光束的主要參量：束腰光斑的大小，束腰光斑的位置，鏡面上光斑的大小？任意位置激光光斑

3、的大??？等相位面曲率半徑，光束的遠場發散角，模體積 18.如何理解一般穩定球面腔與共焦腔的等價性？如何計算一般穩定球面腔中高斯光束的特征 19.高斯光束的特征參數？q參數的定義？ 20.非穩定腔與穩定腔的區別是什么？判斷哪些是非穩定腔。 21.什么是譜線加寬？有哪些加寬的類型，它們的特點是什么？如何定義線寬和線型函數？什么是均勻加寬和非均勻加寬？它們各自的線型函數是什么？ 23.自然加寬、碰撞加寬和多普勒加寬的線寬與哪些因素有關？ 24.光學躍遷的速率方程，并考慮連續譜和單色譜光場與物質的作用和工作物質的線型函數。 25.畫出激光三能級和四能級系統圖，描述相關能級粒子的激發和去激發過程。建立相

4、應能級系統的速率方程。 26.說明均勻加寬和非均勻加寬工作物質中增益飽和的機理。 27.描述非均勻加寬工作物質中增益飽和的“燒孔效應”，并說明它們的原理。 28.連續和脈沖激光器工作的閾值條件，輸出功率或能量，輸出光波的波形（討論馳豫脈沖形成的過程），分析激光器內的模式競爭過程。 29.解釋模式競爭效應和橫模及縱模的空間燒孔效應。 30.說明蘭姆凹陷的形成過程。 31.激光譜線的線寬極限 32.激光器的頻率牽引效應33.如何對激光的特性進行控制和改善，常見的有那些方法？34.如何選擇橫?；蚩v模，分別有哪些方法35.說明穩頻的原理及常見的穩頻方法36.分析調Q的原理、方法及目的37.注入鎖定的目

5、的如何，怎樣實現的38.鎖模的目的和方法39.常見激光放大器的種類及工作特點.（請大家化一點時間自學第五章的內容）40.He-Ne、Nd-YAG、紅寶石、鈦寶石、N2激光器等的發光物質，激光波長及激勵方法和特點。第二部分 復習題一單項選擇1自發輻射愛因斯坦系數與激發態E2平均壽命的關系為 （ ） A. B. C. D. /e2愛因斯坦系數A21和B21之間的關系為 （ ） A. B. C. D. 3自然增寬譜線為 （ ）（A）高斯線型（B）拋物線型（C）洛侖茲線型（D）雙曲線型 4.某譜線的均勻加寬為10MHz，中心頻率所對應的譜線函數的極大值為（） （A）0.1s (B)10-7Hz (C)

6、0.1s (D)107Hz5、多普勒加寬發生在介質中。 （ ）（A）固體 (B)液體 (C)氣體(D)等離子體6.多普勒加寬譜線中心的光譜線取值為 （ ）（A）(B)(C)(D)7.腔長為0.5米,=1.5,縱模間隔為 ( ) （A）8105.1HZ （B）8102HZ （C）8103H Z （D）8104HZ8.某譜線的均勻加寬為10MHz，中心頻率所對應的譜線函數的極大值為。 （ ）（A）0.1s (B) 10-7Hz (C) 0.1s (D) 107Hz 9對稱共焦腔在穩定圖上的坐標為 （ ）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）10半共心腔在穩定圖上的坐標

7、為 （ ）（A）（-1，-1）（B）（0，0）（C）（1，1）（D）（0，1）11今有一球面腔R1=2m, R2= -1m, L=0.8m. 該腔為。（A）穩定腔 （B）非穩定腔 （C）臨界腔 （D）不能確定12一平凹腔,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13.一腔長為60cm的對稱穩定腔，反射鏡的取值范圍 （ ）A、cm B、C、cm D、cm13如選取透鏡的兩個焦平面作為入射面和出射面，透鏡焦距為f，該光學系統的傳輸矩陣為（）（A）（B）（C）（D）14.激光器一般工作在狀態（）(A)閾值附近(B)小信號 (C)大信號 (D)任何狀態15閾值條件

8、是形成激光的 （ ）（A）充分條件（B）必要條件（C）充分必要條件（D）不確定16.對同一種介質，小信號增益系數隨而變。（）(A)譜線寬度 (B)激發功率 (C)粒子數密度(D)自發輻射幾率17.三能級系統激光器，至少要把總粒子數的 抽運到激光上能級，才能實現激光振蕩。 (A)1/2 (B)1/3 (C)1/4 (D)1/1018諧振腔的縱模間隔為 （B ） A. B. C. D. 19對稱共焦腔基模的遠場發散角為 （ ） A. B. C. D. 20.共焦腔基模光腰為 （ ）（A） (B) (C) (D)21諧振腔的品質因數Q衡量腔的 （ ）（A）質量優劣（B）穩定性（C）儲存信號的能力（D

9、）抗干擾性22鎖模激光器通?？色@得（ ）量級短脈沖 A. Ps B. C. ns D. fs23YAG激光器是典型的（ ）系統（A）二能級 （B）三能級 （C）四能級 （D）多能級24.在某個實驗中，光功率計測得光信號的功率為-30dBm，等于W。（A）110-6(B)110-3(C)30(D)-3025.在粒子數反轉分布狀態下，微觀粒子滿足 (A)費米分布 ( B)高斯分布 (C)波爾茲曼分布 (D)負溫度分布26.激光器的諧振腔具有選模功能，與縱模選擇有關的量是 （ ）A、工作物質的折射率 B、改變腔長C、腔鏡的衍射損耗 D、諧振腔內的氣壓27.下列說法中錯誤的是 （ ）A、高斯光束是球面

10、光波B、高斯光束波面振幅分布是不均勻的，振幅具有高斯分布C、高斯光束的波面具有不同的曲率中心D、高斯光束只限于微小的空間方向輸出光束28.下列說法中正確的是 （ ）A、高斯光束中腰斑的光斑最小，光斑大小為零B、高斯光束基模光斑半徑隨按雙曲線變化C、高斯光束的等相位面是同心球面D、高斯光束的相位面是平面29對于均勻增寬介質，中心頻率處小信號增益系數為G0()，當I=時，飽和顯著，非小信號中心頻率增益系數為：（ ）（A）G0() （B） （C） （D）二識圖(a) (b)圖.如圖為激光器輸出的橫模圖，用微波中標志模式的符號標記。 圖.如圖是增益飽和曲線圖，能說出分別表示什么介質，圖中曲線所表示的物

11、理意義.圖，是一個四能級圖，能說出各箭頭所表示的物理意義，并寫出速率方程。4.畫出電光調Q激光器原理圖，說明電光調Q基本原理？答.電光晶體兩端加一定電壓，使沿x方向的偏振光通過電光晶體后，沿x軸兩方向偏振光的位相差為p/2，電光晶體相當于1/4波片，光束兩次通過電光晶體時，偏振方向旋轉90，偏振方向與偏振片檢偏方向垂直，光束無法通過檢偏片，腔內損耗高，激光無法振蕩;突然撤除電壓后，損耗迅速下降，上能級反轉粒子數迅速轉化為激光脈沖輸出。三填空題1.光子具有自旋，并且其自旋量子數為整數，大量光子的集合，服從統計分布。2.一束光通過長度為1m的均勻激勵的工作物質。如果出射光強是入射光強的兩倍，則該物

12、質的增益系數為。3.設某固體激光器諧振腔長50cm，固體激光介質棒長30cm，其折射率為1.6，其本征縱模的頻率間隔為。4.設某激光器諧振腔長50cm，反射鏡面半徑為2cm，光波波長為400nm，則此腔的菲涅耳數為。5.激光器中諧振腔的作用是 。.小信號情況下，反轉粒子數及增益系數與 無關，與泵浦幾率成正比。增益系數與入射光的頻率有關。7.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。8.光子簡并度指光子處于 、 、 、 。9激光器的基本結構包括三部分，即 、 和 。10影響腔內電磁場能量分布的因素有 、 、 。11有一個諧振腔，腔長L=1m，在1500MH的范圍

13、內所包含的縱模個數為 個。12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 。13.CO2激光器中，含有氮氣和氦氣，氮氣的作用 ，氦氣的作用的是 。14.粒子數反轉分布狀態微觀粒子滿足 。15. 碰撞增寬譜線為 。自然加寬是 引起的。多普勒展寬發生在氣體介質中。15. He-Ne激光器和CO2激光器上能級的壽命分別是108s和10-4s，求兩激光器的自然線寬。兩激光器在中心頻率處的線型函數。16. 平行平面腔在穩定圖上的坐標為（ , ）。對稱共心腔在穩定圖上的坐標為（ , ）。半共焦腔在穩定圖上的坐標為（ ， ）（ ， ）。17. 諧振腔的

14、品質因數Q是用來衡量 能力。閾值條件是形成激光的 條件。18. 光子簡并度指光子處于一個光子態的平均光子數、處于同一模式的光子數、相干體積內偏振一樣的光子數、處于同一相格中的偏振一樣的光子數。19. 腔模經一次往返再現后保持原來的穩態場分布稱為自再現模。20. HeNe激光器是一個四能級系統，由于 ，因此所需的激勵能量比三能級系統小得多，所以產生激光比三能級系統容易得多。四簡答題1. 激光譜線加寬分為均勻加寬和非均勻加寬，簡述這兩種加寬的產生機理、譜線的基本線型。答：如果引起加寬的物理因數對每一個原子都是等同的，則這種加寬稱為均勻加寬。自然加寬、碰撞加寬及晶格振動加寬均屬均勻加寬類型。非均勻加

15、寬是原子體系中每一個原子只對譜線內與它的表觀中心頻率相應的部分有貢獻。多普勒加寬和固體晶格缺陷屬于非均勻加寬。2.物質的粒子躍遷分輻射躍遷和非輻射躍遷，簡述這兩種躍遷的區別。答：粒子能級之間的躍遷為輻射躍遷，輻射躍遷必須滿足躍遷定則；非輻射躍遷表示在不同的能級之間躍遷時并不伴隨光子的發射或吸收，而是把多余的能量傳給了別的原子或吸收別的原子傳給他的能量。3.激光器的基本組成部分 、 、 。（1）. 合適的激光工作物質，其激活粒子有適合于產生受激輻射的能級。(2).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(3).光學諧振腔，增長激活介質的工作長度，以提高光能密度；控制光

16、束的傳播方向，提高光的方向性；選擇被放大的受激輻射的模式，形成共振產生的模提高相干性。（或者填選擇、提高軸向光波模的反饋）5什么是對稱共焦腔,計算對稱共焦腔g參數答:對成共焦腔:R1=R2=L對成共焦腔g參數6.為什么一般來說均勻增寬的穩態激光器的輸出通常是單縱模的，而非均勻增寬的穩態激光器輸出通常是多個縱模？ 答：（1）對于均勻增寬型介質激光器來說，每個發光粒子對形成整個譜線都有貢獻。當強度很大的光通過時，它會造成整個增益曲線按同一比例下降，通過增益的飽和效應模式之間會造成譜線競爭，最終只剩下與中心頻率靠的很近的那個模式，所以是單縱模的。（2）對于非均勻增寬型介質激光器來說，某一個縱模的光強

17、增強時，增益的飽和效應并不引起整個增益曲線下降，而是在該縱模對應的頻率處燒一個孔，所以如果有多個縱模的小信號增益都大于閾值都大于閾值的話，這些縱模都可以建立起自己的振蕩，所以非均勻增寬的穩定態激光器輸出通常是多個縱模。五計算題：.某激光工作物質的自發輻射譜線形狀呈三角形，如圖所示。光子能量1.476eV。高能級自發輻射壽命5ns,小信號中心頻率增益系數10cm-1求：（）中心頻率線型函數值（）達到上述小信號中心頻率增益系數所需要的小信號反轉粒子數密度？2某激光器(l=9.0m)采用平凹腔，腔長L1m， 凹面鏡曲率半徑R2m。求：（1）它產生的基模高斯光束的腰斑半徑及腰斑位置。 （2）它產生的基

18、模高斯光束的焦參數。 （3）它產生的基模高斯光束的遠場發散角。 3.諧振腔長L=1m,兩反射鏡的反射率分別為和，其他損耗不計，分別求:光在腔內往返m=2m周后的光強； 時的光強是初始光強的倍數；諧振腔的壽命。4.99,第題。5由兩個凹面鏡組成的球面腔，凹面鏡的曲率半徑分別為2m、3m，腔長為1m。激光波長600nm。（1）求出等價共焦腔的焦距f；束腰大小w0及束腰位置，用圖表示。（2）求出距左側凹面鏡向右3.333米處的束腰大小w及波面曲率半徑R；6氦氖激光器中Ne20能級2S2-2P4的譜線為1.1523m。這條譜線的自發輻射幾率A為6.54106s-1秒, 放電管氣壓P260帕; 碰撞系數700KHz/帕; 激光溫度T = 400K; M =112; 試求: (1