2010激光原理技术与应用习题解答.doc

习题I 1、He-Ne激光器，其谱线半宽度，问为多少？要使其相干长度达到1000m，它的单色性应是多少？ 解： 2、He-Ne激光器腔长L=250mm，两个反射镜的反射率约为98%，其折射率=1，已知Ne原子处谱线的，问腔内有多少个纵模振荡？光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽约为多少？ 解： 3、设平行平面腔的长度L=1m，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率，求在1500MHz频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？ 解： 4、已知CO2激光器的波长处光谱线宽度，问腔长L为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率=1）。 解：， 5、Nd3—YAG激光器的波长处光谱线宽度，当腔长为10cm时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？ 解： 6、某激光器波长，其高斯光束束腰光斑半径。 ①求距束腰10cm、20cm、100cm时，光斑半径和波阵面曲率半径各为多少？ ②根据题意，画出高斯光束参数分布图。 解：对共焦腔有： 7、He-Ne激光器波长，采用平凹腔，其中凹面反射镜R=100m时： ①分别计算当腔长为10cm、30cm、50cm、70cm、100cm时两个反射镜上光斑尺寸W平和W凹。 ②根据题意，画出光斑尺寸W平和W凹随腔长L变化曲线。 解： 8、比较激光振荡器和放大器的异同点。 解：不同：前者有谐振腔，有选模作用后者无谐振腔； 相同：粒子数反转； 9、试说明红宝石激光器的谱线竞争。 解： 10、说明选单模（横、纵）的意义和方法。 解：选单横模的意义:提高光束质量，包括单色性、方向性、相干性、亮度等，重要的是获得稳定的锁模激光和好的激光聚焦光束，进行时间空间分辨应用。 精细激光加工：光斑直径=透镜焦距*发散角。超强超快激光应用; 激光通信、雷达、测距等，希望作用距离大，发散角小。 选单横模的方法：加小孔光栏；谐振腔结构。 选单纵模意义：单频激光应用，稳频应用，高相干性和单色性，时间（时钟）标准等。精密干涉测量，全息照相，高分辨光谱等要求单色性、相干性高的单频光源。 选单纵模方法：（1）色散腔粗选频率：采用棱镜，光栅色散;（2） 短腔法：纵模间距越大越好；（3）F-P标准具法：不同的波长有不同的透射率；（4）复合腔法（相当于短腔）；（5）利用Q开关选单纵模，关时： 只有单纵模在阈值附近起振；开时：输出单纵模。 11、钕玻璃激光工作物质，其荧光线宽 ，折射率n=1.50，若用短腔选单纵模，腔长应为多少？ 解：纵模间距 12、画出Nd+3-YAG的能级图。 解： 13、试从能级结构上分析钛宝石激光器的可调谐性。 解： 14、列举激光输出波长在可见光范围内的激光器，并指出各个波长所对应的颜色。 解： 氩离子激光器：514.5nm,488.0nm,紫外 He-Ne 气体激光器: 632.8nm 红宝石激光器:694nm 准分子激光器: 紫外 Rh6G染料激光器：570-630nm 部分半导体激光器：GaN基，ZnO基 Kr离子激光器： 氦镉激光器： 紫外 15、列举输出波长在红外波段的激光器。 解： Nd+3:YAG激光器 Nd+3:YVO激光器 Nd+3:Glass激光器 CO2气体激光器 Ti+3:Sapphire激光器 Cr+3:LISAF激光器 He-Ne 气体激光器 部分半导体激光器：GaAs基 部分稀土光纤激光器 自由电子激光器 16、半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs材料的Eg=1.43eV某一InGaAs材料的Eg=0.96eV，求它们的发射波长。 解： 17、说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量（泵浦速率、谐振腔损耗、粒子反转数和光子数密度）随时间的变化。 见讲义及书 18、当频率 的超声波在熔凝石英声光介质（n=1.54）中建立起超声场（us=5.96×105cm/s）时，试计算波长为 的入射光满足布拉格条件的入射角 。 19、有一多纵模激光器纵模数是1千个，激光器的腔长1.5m，输出的平均功率为1W，认为各纵模振幅相等。（1）试求在锁模情况下，光脉冲的周期、宽度和峰值功率各是多少？（2）采用声光损耗调制元件锁模时，调制器上加电压 ，试问电压的频率是多大？ （1）纵模间距： 光脉冲周期： 光谱宽度： 光脉冲宽度： 脉冲重复率： 脉冲能量： 峰值功率： （2）声光调制器电压频率是 20、有一掺钕钇铝石榴石激光器，振荡线宽（荧光谱线中能产生激光振荡的范围） =10×1010Hz，腔长L=0.5m，试计算激光器的参量：（1）纵模频率间隔；（2） 可容纳纵模的数目；（3）假设各纵模振幅相等，求锁模后脉冲的宽度和周期；（4）锁模脉冲及脉冲间隔占有的空间距离。 (1) 纵模频率间隔 （2） 可容纳纵模