2012“激光原理及技術(shù)”期末考試B卷[答案解析]

1、. WORD. 格式整理.電子科技大學(xué)2010 -2011 學(xué)年第 2 學(xué)期期 末 考試 B 卷得 分 一 . 選擇題（單選）（共 20 分，共 10 題，每題2 分 ）1、與普通光源相比，下列哪項是激光的優(yōu)勢D 。A、相干性好B、發(fā)散角小C、譜線窄D、以上都是2、要產(chǎn)生激光下列哪個條件不是必需具備的_D_。A、實(shí)現(xiàn)集居數(shù)反轉(zhuǎn)（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）B、受激輻射躍遷C、具有增益介質(zhì)D、諧振腔為穩(wěn)定腔3、下列譜線加寬方式中，不屬于均勻加寬的是B。A、自然加寬B、多普勒加寬C、晶格振動加寬D、碰撞加寬4、從輸出光束特性考慮，一個穩(wěn)定腔等價于無窮個A 。A. 穩(wěn)定腔B.臨界腔C. 共焦腔D. 非穩(wěn)腔5、若激光

2、器輸出為某一模式的厄米特-高斯光束，且其兩個主軸方向上的M 2值為 5 和 3，則該模式可能為D 。A、 TEM01B、 TEM 11C、 TEM31D、 TEM216、下列腔型中，肯定具有共軛像點(diǎn)的是C（非穩(wěn)腔）。A、B、7、可以利用下列哪種損耗進(jìn)行模式選擇BA、腔鏡不完全反射損耗B、衍射損耗C、材料中的非激活吸收損耗D、以上都不對8、 在振幅調(diào)制鎖模激光器中，若損耗調(diào)制器緊貼腔鏡放置且腔長為L, 光速為c, 則損耗調(diào)制信號的角頻率為_CA、2cLC、c2LD、c4L.專業(yè). 知識.分享 .9、 KDP 晶體橫向電光調(diào)制的主要缺點(diǎn)為_C_。A、半波電壓太高B、調(diào)制帶寬低C、存在著自然雙折射引

3、起的相位延遲D、調(diào)制頻率較高時,功率損耗比較大 10、下列性質(zhì)選項中，對于由受激輻射躍遷產(chǎn)生的光子與入射光子相同的是 _D_。B、頻率D 、以上都是A、偏振方向C、運(yùn)動方向20 分，共 20 空，每空2 分）1、激光器采用開放式諧振腔的主要原因是減少模式數(shù)。2、一質(zhì)地均勻的材料對光的吸收系數(shù)為，光通過長為l 的該材料后，出射光強(qiáng)占入射光強(qiáng)的比例e l 。在均勻泵浦的情況下，一光束通過長度為l的該工作物質(zhì)。如果出射光強(qiáng)是入射光強(qiáng)的兩倍，該物質(zhì)的增益系數(shù)為ln 2/l（假設(shè)光很弱，可不考慮增益或吸收的飽和效應(yīng)）。3、實(shí)現(xiàn)鎖模需滿足的相位關(guān)系是相鄰縱模相位差為常數(shù)4、 非穩(wěn)腔與穩(wěn)定腔相比，非穩(wěn)腔 腔

4、更容易實(shí)現(xiàn)大的模體積和橫模鑒別能力，在穩(wěn)定腔中基模與高階模相比高階模具有更大的模體積。5、 在非均勻加寬氣體激光器中，數(shù)量最多的粒子的表觀中心頻率為增益介質(zhì)中心頻率，其運(yùn)動速度為0。6、 在中心頻率為v0的連續(xù)均勻加寬激光器中，若有兩個頻率為v1和 v2的縱模在振蕩，且v1 v0 v2 v0 ，則最后形成穩(wěn)定振蕩的是頻率為v1的光場（不考慮空間燒孔效應(yīng)）；在相同的條件下，若增加腔長，則激光器輸出的縱模數(shù)會 不變 。7、 在用 KDP 晶體縱向電光調(diào)制系統(tǒng)中，波片的作用是使得通過晶體后的兩偏振分量產(chǎn)生附加相位差為_ _，對應(yīng)的兩偏振分量的光程差為四分之一2波長，其作用可以通過在晶體上附加V /

5、4 電壓來代替。8、當(dāng)進(jìn)行聲光調(diào)制時，通過改變超聲波的功率 實(shí)現(xiàn)調(diào)制；當(dāng)進(jìn)行聲光偏轉(zhuǎn)時，通過改變超聲波的頻率 來實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。9、被動鎖模激光器中，由不規(guī)則的脈沖演變到鎖模脈沖的物理過程大致分為三個階段，分別是_線性放大階段， _非線性吸收階段， _非線性放大階段。10、二階非線性極化產(chǎn)生倍頻和光學(xué)參量振蕩，光學(xué)相位共軛基于三階非線性極化。三、簡答題（共30 分 ）1、激光是受激輻射光。但在激光工作物質(zhì)中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收是同時存在的，試討論使受激輻射過程占優(yōu)勢的條件，采取什么措施可以滿足這個條件？（6 分）答： （ 1）受激輻射相對于受激吸收占優(yōu)勢的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，通過泵浦可實(shí)現(xiàn)粒

6、子數(shù)反轉(zhuǎn).（3分 ）（2）受激輻射相對于自發(fā)輻射占優(yōu)勢的條件是諧振腔內(nèi)只有一個或少數(shù)幾個模式起振，（因為分配到一個模式的自發(fā)輻射幾率等于一個光子引起的受激躍遷幾率，只要模式數(shù)足夠少，受激輻射將占優(yōu)勢），采取的措施是建立諧振腔，并采用適當(dāng)?shù)倪x模措施。（3 分 ）2、當(dāng)高斯光束通過薄透鏡時，假設(shè)透鏡焦距F 一定， 0 為透鏡變換后的遠(yuǎn)場發(fā)散角，物距l(xiāng) 取何值時00，取何值時00？（6分）答：根據(jù)高斯光束的性質(zhì)，0000，0000分兩種情況進(jìn)行討論1） 若 F f，透鏡焦距足夠小，無論l 取何值，均可使00 。 （2 分 ）2） 在 F f 的情況下22or l F F 2 f 2（2 分 ）02F

7、22 1 l F F2 f20 F l f22222f lF F f.（2 分2F202221 F F0 F l f23、均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和與非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和的基本特征是什么？（6 分）答： （ 1） 對均勻加寬工作物質(zhì)，頻率為 1 的強(qiáng)光入射有效地消耗了激發(fā)態(tài)度額原子數(shù)，原子對其他頻率處的貢獻(xiàn)降低了，使得其他頻率的弱光的增益系數(shù)也以同等程度下降，其結(jié)果是增益在整個譜線上均勻下降。（3 分 ）（ 2）對非均勻加寬工作物質(zhì)，頻率為1 的強(qiáng)光只引起表觀中心頻率在1 附近的反轉(zhuǎn)集居數(shù)飽和，因而在增益曲線上形成一個燒孔。（3 分 ）. WORD. 格式整理.4、綜合比較聲光偏轉(zhuǎn)和電

8、光偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)（提示：從偏轉(zhuǎn)角度、驅(qū)動電壓、偏轉(zhuǎn)效率、對激光頻率的影響等方面進(jìn)行分析）（ 6 分）答： （ 1）聲光偏轉(zhuǎn)角度大，驅(qū)動電壓低，偏轉(zhuǎn)效率低于電光偏轉(zhuǎn)，引起激光頻率偏移。 .（3分 ）（ 2）電光偏轉(zhuǎn)角度小，驅(qū)動電壓高，偏轉(zhuǎn)效率趨近于100%，不影響激光頻率。 .（3 分 ）5、試比較調(diào)Q 激光器和鎖模激光器產(chǎn)生短脈沖的工作原理的本質(zhì)區(qū)別（6 分）答： （ 1）調(diào) Q 的基本原理是通過調(diào)節(jié)諧振腔的Q 值（損耗）的方法，使腔內(nèi)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累到最大，再突然提高Q 值， 使積累在上能級的大量粒子雪崩式的躍遷到低能級，于是在極短的時間內(nèi)將能量釋放出來，就獲得峰值功率極高的短脈沖輸出。（3 分

9、 ）（ 2）鎖模的基本原理是使各縱模在時間上同步，即把它們的相位相互聯(lián)系起來，使之有確定的關(guān)系（q 1 q 常數(shù)） ，各個縱模發(fā)生相干疊加，輸出一個峰值功率高、脈沖寬度窄的脈沖序列，脈沖寬度近似等于振蕩線寬的倒數(shù)。（3分）四、計算與問答題（30 分）1、如圖所示，波長為=1.06 m 的 Nd:YAG 激光器，全反射鏡的曲率半徑R=0.5m，距離全反射鏡a=0.15m 處放置長為b=0.18的 Nd:YAG 棒，其折射率=1.8，棒的右端直接鍍上半反射膜作為腔的輸出端。（ 15分）1）判別腔的穩(wěn)定性；（ 5 分）2）求Nd:YAG 晶體棒輸出端的光斑半徑；（ 3分）3） 在距輸出端c=0.2m

10、 處放置 F=0.1m 薄透鏡， 求經(jīng)透鏡后的光腰半徑和位置。7 分)解答： 1)等效腔長L a b/ 0.15 0.18/1.8 0.25m(1).(2分 )g1g21LR1R2L0.25 1 0.250.5(2)0 g1g2 1(3)該腔為穩(wěn)定腔。(3 分 )2) R 2L ，該腔為半共焦腔，束腰在平面鏡位置處R 0.5 1.06 10622 3.14290 m(4) .(4 分 )3)f623.14290 10 61.06 10 60.249m(5)經(jīng)過透鏡后的光束腰斑半徑290 10 6 0.10.1 0.2 2 0.2492108 m(6).(3分 ).專業(yè). 知識.分享 .l F

11、l F F2l F 2 f2(3 分 )腰斑位置20.2 0.10.120.120.114m(7)0.2 0.10.24922、某四能級系統(tǒng)，其E0為基態(tài)能級，四個能級的簡并度相同。泵浦光頻率與E0、 E3間躍遷相對應(yīng)，其躍遷幾率W03 =Wp。E3能級到 E2能級的躍遷足夠快，使得 E3能級上的粒子數(shù)可忽略，且E3到其它能級的躍遷可忽略。E2能級的壽命 2 較長， E1 能級的壽命1 較短，但不可忽略，因而E1 能級上的粒子數(shù)密度不可忽略，E2 E1的躍遷速率為1/ 21，總粒子數(shù)密度為n，求：（ 15分）1） 在 E2和 E1間形成集居數(shù)反轉(zhuǎn)的條件（因無諧振腔，也無相應(yīng)頻率的光入射，因而

12、E2和 E1間的受激輻射和受激吸收可忽略）； （ 8分）2） E2和E1 間的反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度與Wp、 n 的關(guān)系式；（ 4分）3）泵浦極強(qiáng)時E2和E1 間的反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度。（ 3分）解答： 1）穩(wěn)態(tài)躍遷速率方程：dn2 Wpn0 n20（1）dt2dn1n2n1 0（2）dt 211n0 n1 n2 n（3）.5 （分 ）由（2）式得到1n11n2（4）21nn2n1n211（5）21由（5）可得E2和E1 間形成集居數(shù)反轉(zhuǎn)的條件是：121（6）（3 分 ）2）由（1）式得到n2 Wp n n1 n2 2（7）將（4）式代入（7） ，得到Wpn 2n21Wp 21 Wp 221(8)5）式得到Wpn 2n11Wp 21 Wp 221(9) (4 分 )3）當(dāng)Wp極強(qiáng)時，Wp 21企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，有計劃地對人力、資源進(jìn)行合理配置，通過對企業(yè)中員工的招聘、培訓(xùn)、使用、考核、評價、激勵、調(diào)整等一系列過程，調(diào)動員工地