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1、2006-2007学年第1学期激光原理与技术A卷试题答案1基本概念题(选做 6 小题，每小题 5 分)301.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等 按工作方式分：脉冲激光器(pulsed laser)、连续激光器(c.w laser) 固定波长输出、波长可调谐的激光器(按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的)1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？激光器三个基本组成单元 (各自的作用描述方式可以不一样)泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布An 0。增益介质：对入射光产生放大作用。光子谐振腔：
2、选模、储能，形成光振荡(变激光放大器为激光振荡器)。1.3对于线宽为Av的洛仑兹函数和高斯函数|,vj为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？|v-v0 | = 0.75Av时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；|vv0 | 0.75Av时，洛仑兹函数大于高斯函 数值。1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典.型实例三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密 度为n/2,而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反 转粒子数n2t。典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型
3、四能级系统激光器为Nd:YAG激1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率V的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。即在 频率为V，光强为Iv的强光作用下，使表观中心频率处在V(1+ Iv /Is)i/2Av h/2范围内的 粒子产生受激辐射，因此在An(v)v曲线上形成一个以v为中心，宽度约为(1+ Iv /Is)i/2Av H 的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。(均匀加宽介质的空间烧孔效应当频率为v的强激光振荡时，它在腔内沿轴线方向的分布形成 q驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小。腔内的增益系数不同，波腹处光强大，用去 的反转粒子数多，造成增益系数下降也
4、大。波节处增益系数下降少。我们称这种反转粒子 兰姆凹陷是指非均匀加宽介质激光器的输出功率P随频率变化曲线在中心频率V0处的凹陷。即 非均匀加宽工作物质，中心频率处，增益虽然大，但参与光放大的粒子数少，在输出曲线 上，中心频率附近功率低，形成凹陷。1.6 试辨析激光振荡器、激光放大器和激光器的区别激光振荡器：可以构成一台激光器 激光放大器：可以是一段增益介质 激光器：可以由一个激光振荡器构成，也可由一个振荡器和一个或数个放大器构成。1.7 何谓有源腔和无源腔？如何理解激光线宽极限和频率牵引效应？ 有源腔与无源腔的区别在于有无增益介质(工作物质，泵浦均可)。激光线宽极限：激光输出中有种线宽由于自发
5、辐射的存在而产生，因而是无法排除的，所以称它为线宽极限。 频率牵引效应：在有源腔中，由于增益介质的色散，使得纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中 心频率，这种现象叫做频率牵引效应。1.8 什么是小信号增益系数？在其他条件相同情况下，小信号的增益系数对激光输出功率有什么影响？腔内光强I I时的增益系数go(u)二Anoo (u,u )叫做小信号增益系数。在其他条件相同US210情况下，go(u) g时，go(u)越大，输出功率越大；go(u)Auq3 x 108由此得到腔长 L c/(2u =2x2. 7x2 10= 03.3 An argon ion laser operating at 488.
6、0nm with a gain-region length of 0.3 m is determined tohave a population density of 1x 1016/m3 in upper laser level and 4x 1015/m3 in lower laser level.a) If a very low-power probe beam of intensity I 0 is transmitted into the gain medium then what would be the measured ratio of I/I0, where I is the
7、 output beam intensity after traversing the medium?a) We will use I = I ebsj to determine the ratio of I/I“. From Q3.3, we know n = 4x1015m-3,0 0 1n =1x1016m-3 and l = 0.3m. Consider An =n n =6x1015m-3, and I is very low as we know, the2o 2106. of Ar+ lower is 2.5x10-16m2. Then we have21=e621An0 / = exp(2.5 x 10-16 m 2) x (0.3m) = e 4.5x10-1 = e 0.45b) What would be the small-signal gain coefficient of the laser?The small-signal gain coefficient of the laser can be obtained fromg0 = (6xIO15m-3)x (2.5 x 10-16m2)二 1.5m-1c) If the mirrors have reflectivities of 99.9%
