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1、1激光原理与技术习题一班级 序号 姓名 等级 一、选择题1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为 1cm-1 = eV。（A）1.2410 -7 (B) 1.2410-6 (C) 1.2410-5 (D) 1.2410-4 2、若掺 Er 光纤激光器的中心波长为波长为 1.530m，则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为 cm-1。（A）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 100003、波长为 =632.8nm的 He-Ne 激光器，谱线线宽为 =1.7109Hz。谐振腔长度为 50cm。假设该腔被半径为 2a=3mm 的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为 个
2、。（A）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.21094、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 .(A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的二、填空题1、光子学是一门关于 、 、 光子的科学。2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从 统计分布。3、设掺 Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为 10ms，则其谱线宽度为 。三、计算与证明题1中心频率为 5108MHz 的某光源，相干长度为 1m，求此光源的单色性参数及线宽。2某光源面积为 10cm2，波长为 500nm，求距光源 0.5m 处的相干面积。3证明每个模式上
3、的平均光子数为 。)/exp(kThv2激光原理与技术习题二 班级 姓名 等级 一、选择题1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W。（A）110 -6 (B) 110-3 (C) 30 (D) -302、激光器一般工作在 状态.(A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态二、填空题1、如果激光器在 输出 1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数=10m是 。2、一束光通过长度为 1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，则该物质的增益系数为 。三、问答题1、以激光笔为例，说明激光器的基本组成。2、简要说明激光的产生
4、过程。3、简述谐振腔的物理思想。4、什么是“增益饱和现象”？其产生机理是什么？四、计算与证明题1、设一对激光能级为 和 (设 g1=g2)，相应的频率为 (波长为 )，能级上的粒子数密度2E分别为 和 ，求2n1(a) 当 ，T=300K 时，=30MHz21/?n(b) 当 ，T=300K 时，m(c) 当 ， 时，温度 T=？121/0.n2、设光振动随时间变化的函数关系为 （v 0 为光源中心频率） ，试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线。其 它,0)2exp()( cttviEt3激光原理与技术习题三 光线传输的矩阵描述班级 姓名 得分 一、选择题1如选取透镜的两个焦平面作为入
5、射面和出射面，透镜焦距为 f，该光学系统的传输矩阵为 。（A） （B） （C） （D ）10f 01f 01f 102如某光学系统的两个参考平面为一对物-像共轭平面，则该光学系统的 ABCD 变换矩阵四个元素中，必有 。（A） A=0 （B） B=0 （C） C=0 （D ） D=0二、填空题1当光线顺序通过变换矩阵分别为 T1,T2,Tm 的 m 个光学元件组成的光学系统时，前一元件的出射光线作为后一元件的入射光线，分别以第一个元件的入射面和最后一个面的出射面为参考平面，此光学系统的传输矩阵为 。2反演对称光学系统对光线的变换作用与光学系统的使用方向无关，这样，反演对称光学系统的正向变换矩阵
6、与反向变换矩阵 。3反演对称光学系统变换矩阵的对角元素相等，且对应的行列式的值为 。三、计算题1.焦距为 10cm 的正透镜与焦距为 10cm 的负透镜相距 5cm，求两个透镜组成的光学系统的变换矩阵、等效焦距、主平面 H2 与 H1 以及焦点的位置，并作出相应的光路图。 （分别以两个透镜为参考平面）4激光原理与技术习题四 光学谐振腔稳定性与模式班级序号 姓名 得分 一、选择题1共焦腔在稳区图上的坐标为 。(A) (-1,-1) (B) (0,0) (C) (1,1) (D) (0,1)2腔的品质因数 Q 值衡量腔的 。（A）质量优劣 （B）稳定性 （C）存储信号的能力 （D ）抗干扰性3今有
7、一球面腔 R1=2m, R2= -1m, L=0.8m. 该腔为 。（A）稳定腔 （B）非稳定腔 （C）临界腔 （D ）不能确定二、填空题1、设某固体激光器谐振腔长 50cm，固体激光介质棒长 30cm，其折射率为 1.6，其本征纵模的频率间隔为 。2、设某激光器谐振腔长 50cm，反射镜面半径为 2cm，光波波长为 400nm，则此腔的菲涅耳数为 。3、设激光器谐振腔两反射镜的反射率为 R1=R2=R=0.98，腔长 L=90cm，不计其它损耗，则腔内光子的平均寿命为 。设 v=51014Hz（即 630nm） ，则激光腔的 Q 值为 。三、证明题与计算题1试证明共焦腔是稳定腔。2设激光器谐
8、振腔长 1m，两反射镜的反射率分别为 80%和 90%，其它损耗不计，分别求光在腔内往返 2 周，以及 t=10-8 秒时的光强是初始光强的倍数。3假设激光腔内存在电磁场模式的电场为： ，式中 tc为腔内tjruEtrc2exp)(),(0光子寿命。试求：1）电场的傅立叶变换；2）发射光的功率谱；3）谱线宽度。5激光原理与技术习题五班级 序号 姓名 等级 一、选择题1、TEM 00 高斯光束的强度图为 。（A） (B) (C) (D) 2、某单模光纤 FP 腔的输出特性如右图，该腔的自由谱宽为GHz。（A）10 (B) 20 (C) 40 (D) 50二、填空题1、激光腔镜的衍射效应起着“筛子
9、”的作用，它将腔内的筛选出来。2、FP 腔的往返传输矩阵为 。三、计算与综合题1某高斯光束入射到焦距为 f 的薄透镜， 该薄透镜位于入射高斯光束的光腰处，如图所示。求输出光束光腰位置及其光斑的大小。62为了测试某光纤 FP 腔的 1.55m波段透射特性，需要一台 1.55m波段的宽激光光源，可是实验室没有专用的相关波段光源， 请同学们提出两种可行的解决方案。激光原理与技术习题六班级 序号 姓名 等级 一、选择题1、YAG 激光器是典型的 系统。（A）二能级 (B) 三能级 (C) 四能级 (D) 多能级2、自然加宽谱线为 。（A）高斯线型 (B) 抛物线型 (C) 洛仑兹线型 (D) 双曲线型
10、3、某谱线的均匀加宽为 10MHz，中心频率所对应的谱线函数的极大值为 。（A）0.1s (B) 10-7Hz (C) 0.1s (D) 107Hz二、填空题1、一个模内即使没有光子，但仍具有一定的能量 ，这称为零点能。当有 n 个光子时，该模具h210有的能量为 。2、线型函数归一化条件的数学表达式是 。3、均匀加宽的特点是所有原子对于均匀加宽的贡献 ，原子不可区分。4、聚光腔的作用是 。三、计算与综合题1、分别求频率为 和 处的自然加宽线型函数值（用峰值 gmax 表示）vv2101 v2012、某洛仑兹线型函数为 （s） ，求该线型函数的线宽 及常数 a。12209)(vag v3、考虑
11、谱线加宽之后，原子（或粒子）的跃迁可用下式描述 dvgBndts ),(021217请解释闪灯泵浦激光器效率不高的原因，指出提高光泵浦效率的途径，试举例说明。激光原理与技术习题七班级 序号 姓名 等级 一、选择题1、多普勒加宽发生在 介质中。（A）固体 (B) 液体 (C) 气体 (D) 等离子体2、多普勒加宽谱线中心的光谱线取值为 。（A） (B) (C) (D) Dvg93.0max Dvg637.0max Dvg5.0max 1maxg3、共焦腔基模光腰为 。（A） (B) (C) (D) 20RR20 R20 R20二、填空题1、激光器速率方程组是表征 和工作物质各有关能级上的 随时间变化的微分方程组。2、 CO2 激光器工作温度为 227， 则谐振腔内辐射场的单色能量密度 Ev= ，受激辐射跃迁几率 W21= 。 （B 21=61020m3/Js2，=10.6m）三、计算与综合题1、某脉冲激光介质中发光粒子的浓度为 n=51012cm-3，介质棒长度为 L=20cm，横截面面积为A=2mm2，输出光频率为 v=4100THz，假设可将所有发光粒子全部激发到激光上能级，求在一次脉冲过程中输出的能量。如脉冲宽度为 =5s，求平均输出功率。2、画出四能级激光系统的能级图，并导出其速率方程组。8激光原理与技术习题八班级 序号 姓名 等级 一
