《激光原理与激光技术》思考题及习题集与解答-成都信息工程学院.doc

《激光原理与激光技术》 习题解答参考 钟先琼 成都信息工程学院光电技术系 2008年6月 第一章 一、填空题 1、处于同一光子态的光子数 同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。 2、自发辐射跃迁、受激吸收跃迁、受激辐射跃迁 ，自发辐射跃迁，受激吸收跃迁和受激辐射跃迁。 3、高的单色性、高的方向性、高的相干性、高的亮度；高的光子简并度。 3、玻色-爱因斯坦，没有。 4、选择模式和实现光的正反馈。 5、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 泵浦激励 热平衡 集居数反转状态 6、吸收 7、难 二、判断题 1、× 2、× 3、√4、× 5、× 6、× 7、× 8、× 9、√ 10、√ 三、名词解释 1、处于同一光子态内的光子数，与之等效的含义还有：同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。 2、若时，满足：；时，满足：，此时称为满足集居数反转状态，是实现光放大的条件。 3、测不准关系表明：微观粒子的坐标和动量不能同时确定，在三维运动情况下，测不准关系为，故在六维相空间中，一个光子态占有的相空间体积为，上述相空间体积元称为相格。 第二章 一、填空题 1、几何偏折损耗、衍射损耗、腔镜反射不完全引起的损耗、材料非激活吸收、散射、腔内插入物引起的损耗。几何偏折损耗、衍射损耗，选择，腔镜反射不完全引起的损耗、材料非激活吸收、散射、腔内插入物引起的损耗，非选择 2、平均单程损耗因子、光子在腔内的平均寿命、无源腔的Q值 3、稳定腔、非稳腔、临界腔。非稳腔，非稳腔。临界、临界、临界。对称共焦。 4、双凸腔和平凸腔，平凹腔、双凹腔和凹凸腔。 5、衍射 6、稳定 二、判断题 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、× 三、名词解释 1、在腔内经过一次往返传播能再现自身场分布的稳态场分布称为自再现模。 2、腔内的纵向场分布 3、自再现模在腔内往返一次的相移为2π的整数倍，此即为模的谐振条件。 4、实际光束腰斑半径与远场发射角乘积和基模高斯光束腰斑半径与远场发射角乘积的比值。即因子，该因子越小，则光束质量越好。 四、计算题 1、解：距束腰为z处的高斯光束的等相面曲率半径、光斑半径和参数分别为： （1） （2） （3） 在束腰处： z=0，，， 代入（3）式得： 。 又： （4） 将代入得： 五、证明题 1、证明：对平凸腔，，，，，故：，则平凸腔为非稳腔。 对双凸腔，，， ，， 故：，则双凸腔为非稳腔。 第四章 一、填空题 1、自然加宽、碰撞加宽、晶格振动加宽，多普勒加宽、晶格缺陷加宽 2、洛仑兹，高斯 3、反转集居数饱和 二、判断题 1、× 2、√ 3、× 4、× 5、× 6、√ 三、名词解释 1、由于各种因素的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率附近一很宵范围内，这叫谱线加宽。 2、引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，每个发光原子都以整个线型发射，不能把线型函数上的某个特定频率与某些特定原子联系起来，或者说，每个发光原子对谱线内任一频率都有贡献。这种加宽称为均匀加宽。 3、原子体系中每个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献，可以区分谱线上的某一频率范围是由哪部分原子发射的。这种加宽称为非均匀加宽。 4、腔内光子数和工作物质各有关能级上的原子数随时间变化的微分方程组。 5、设发光原子静止时的中心频率为，当原子相对于接收器以速度运动时，接收器测得的光波频率不再是，而与其运动速度有关，即，这种现象称为光学多普勒效应。 四、作图题 1、能级跃迁和标注如下图： 对应的单模速率方程为： 五、计算题 1、解：对于低气压放电灯，可以忽略自然加宽和碰撞线宽，则谱线线宽主要为多普勒线宽。 多普勒线宽满足： (1) 光源相干长度满足： (2) 由已知条件 即(1)(2)式得： 对于氦氖激光器，已知 ， 则光源相干长度满足： 可见氦氖激光器光源的相干长度比低气压放电灯大得多，单色性也好得多。 第五章 一、填空题 1、连续，脉冲 2、增益 损耗 3、阈值反转集居数密度、阈值增益系数、连续或长脉冲激光器的阈值泵浦功率、短脉冲激光器的阈值泵浦能量 4、大，小 5、自发辐射的存在 二、判断题 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 三、名词解释 1、由于腔内的驻波场分布，波腹处光强大，波节处光强小，由于饱