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1、对了课本两遍，基本覆盖所有考点，部分小四字体重在辅助理解。有 填空、名词解释、计算、简答。计算题四个中出三个。（人3信/第一章1、光的基本性质：波粒二象性；波动性（电磁波），粒子性（光子 流）。2、光与物质的相互作用有:自发辐射、受激辐射、受激吸收。普通 光源中（自发辐射）占主要；激光器中（受激辐射）占主要。3、简答：自发辐射、受激辐射、受激吸收之间关系：Ancdt+Bnc P dt=B nn P dt21 221 2 v 12 1 v在光和大量原子系统的相互作用中，三者是同时发生的。在单位 体积中，在dt时间内，由高能级E2通过自发辐射和受激辐射而跃迁 到低能级E的原子数，应等于低能级E1吸
2、收光子而跃迁到高能级E2 的原子数。4、光谱的（线型）和（宽度）与光的（时间相干性）直接相关。自然增宽的线型函数：fN（v）=A/（4 n 2（v-v0）2+（1/2 t ）2）fN（v）表示在频率v附近单位频率间隔的相对光强随频率的分布。A为 比例常数。所得谱线的自然增宽是因为作为电偶极子看待的原子做衰 减振动而造成的谱线增宽。5、（名词解释）光的多普勒效应：随着光源和接收器的相对运动而 发生光源的频率发生改变（频移）称为多普勒效应。运动对向接受体 频率增高，背向接受体频率降低。6、（名词解释）均匀增宽与非均匀增宽：均匀增宽：自然增宽和碰撞增宽中每一个原子所发的光对谱线内任一 频率都有贡献，
3、而且这个贡献对每个原子都是等同的，这种增宽为均 匀增宽。非均匀增宽：不同粒子对谱线不同频率部分的贡献不同，即可分辨谱 线线型哪一频带是由哪些特定粒子发射的（.热运动速度矢量相同的 粒子引起的频移相同）7、（简答）实现光的放大的条件：1）需要一个激励能源，用于把介质的粒子不断地由低能级抽送到高 能级上去；2）需要合适的发光介质（激光工作物质），它能在激励能源的作用 下形成n2/g2n1/g的粒子数密度反成分布状态。8、（简答）产生激光的条件：1）有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原 子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构；2）有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，
4、使激光上下能级 之间产生粒子数反转；3）有光学谐振腔，增长激光介质的工作长度，控制光束的传播方向， 选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。9、 计算：已知氢原子第一激发态E2与基态E1之间能量差为 1.64*10-18J,火焰（T=2700K）中含有1020个氢原子。设原子按玻尔兹曼 分布，且4g1=g2，求：（1）能级E2上的原子数n2为多少；（2）设 火源中每秒发射的光子数为108n2,求光的功率为多少瓦。答：（1）二=e岩 n L = 4 x exp-国 x 10-18 = 3.11x 10-19ng2n1.38 x 10-23 x 2700且 n + n = 1020可求出n2牝31
5、（2）功率=108 x 31 x 1.64x 10-18 = 5.084x 10-9W第二章1、（名词解释）稳定腔，不稳定腔：在光学谐振腔中，任一束傍轴 光线在两反射镜之间来回不断反射，光在腔内来回反射过程中始终不 离开谐振腔，使激光器能稳定的发射激光。满足这一要求的腔称为稳 定腔。反之为不稳定腔。三能级系统（b）四能级系统会画图（2-4）三能级系统和四能级系统示意图2、（大题）三能级系统与四能级系统（工作原理、示意图与优缺点）: 1）实现上下能级之间粒子数反转产生激光的物理过程：三能级系统和四能级系统2）三能级系统：如图（2-4a），下能级E1是基态能级，上能级E2是亚稳态能级，e3为抽运高
6、能级。其主要特征是激光的下能级为基态，发 光过程中下能级的粒子数一直保存有相当的数量。3）四能级系统：如图（2-4b）,下能级E1不是基态能级，而是一个激发 态能级，在常温下基本上是空的。其激励能量要比三能级系统小得多， 产生激光要比三能级系统容易得多。辅助理解：（获得激光需要激光上下能级形成粒子数反转，也就是上能级粒子数大于下能级 粒子数。泵浦粒子数到上能级是需要消耗能量的。三能级系统的下能级是基级，必须将一半 以上的粒子数泵浦到高能级上。而四能级系统的下能级不是基态，可以很快排空，更容易形 成粒子数反转。）3、激光器的损耗（镜面损耗），（内部损耗）。内部损耗：增益介质内部由于成分不均匀、粒
7、子数密度不均匀或有缺陷而使光产生折射、散射等使部分光波偏离原来的传播方向，造成光 能量的损耗。镜面损耗：当强度为I的光波射到镜面上，其中七1（或r2I）反射回腔内 继续放大，其它的部分均为损耗，包括t1I（或t2I）、镜面的散射、吸收 以及由于光的衍射使光束扩散到反射镜范围以外造成的损耗，用 a1I（或a2I）表示。4、（计算）稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R1=40cm,R2=100cm，求腔长L的取值范围。答：0 (1 -L)(1 -L) 1 n 0 (1 -L)(1 -) 1 n 0 L 40cm或 100 L a1，但 t1过大又使增益系数的阈值G阈升高，而如果介质的双程增益
8、系数2LG0不够大将会导致腔内光强减小，使输出功率降低。严重时使腔内不能形成激光。 t1过小，虽然使G阈降低光强增强，但镜面损耗a1I-（2L）也将增大。最佳透射率：为了使激光器有最大的输出功率，必须使部分反射镜的透射率取最佳值，实际工作中总是貌实验方法确定最佳透射率0，_再估计镜面损耗大 小。3、（计算）He-Ne激光器的中心频率v0=4.74*10i4Hz，荧光线宽v=1.5*109Hz，腔长L=1m。问可能输出的纵模数为多少？为获得单 纵模输出，腔长最长为多少？f n = 3 = 1.5 X108 Hz , n =虬=1 = 10q 2 四L 2 x 1 x 1Av 1.5 x 108即
9、可能输出的纵模数为n +1 = 11个，要想获得单纵模输出，则：cT c3 x 108Av 2Av = L = 0.2mq pLpAv 1.5 x 109故腔长最长不得大于0.2m。第四章1、激光器输出的选模（选频）技术分为两个部分1）激光纵模的选 取，2）激光横模的选取。前者对激光输出频率影响较大，能够大大 提高激光的相干性，常常叫做激光的选频技术；后者主要影响激光输 出的光强均匀性，提高激光的亮度，一般称为选模技术。2、纵模的竞争：通过增益的饱和效应，使某个纵模逐渐把别的纵模 的振荡抑制下去，最后只剩下该纵模的振荡的现象叫做“纵模的竞 争”。3、空间竞争：在均匀增宽激光器中，当受激辐射比较
10、强时，也可能 有比较弱的其它纵模出现，这种现象称为模式的“空间竞争”。4、 （填空/简答）单纵模的选取（方法及优缺点（这个总结的不好）:短腔法、法布里一珀罗标准具法、三反射镜法1）短腔法优点：简单。纵模频率间隔和谐振腔的腔长是成反比的，要想得到单一纵模的输 出，只要缩短腔长，使AVq的宽度大于增益曲线阈值以上所对应的宽度即可。对 He-Ne激光器，只要做到腔长小于10cm，就会得到单纵模的输出。缺点：首先，由于腔长受到限制，激活介质的工作长度也相应受到限制，激光的 输出功率必然受到限制。这对于那些需要大功率单纵模输出的应用场合是不适合 的。其二，有些激光输出谱线荧光宽度很宽，若要加大到足够的纵
11、模间宽度，势 必要使腔长缩到很短，以致难于实现粒子数反转而不能输出激光。2）法布里一珀罗标准具法这种方法就是在外腔激光器的谐振腔内，沿几乎垂直于腔轴方向插入一个法布里 一珀罗标准具。这种标准具是用透射率很高的材料制成的，两个端面研磨得高度 平行，且镀有高反射率的反射膜。这种反射膜由于多光束干涉的结果，对于满足 条件的光具有极高的透射率。把这样的标准具插入到激光器的腔内时，就可以起 到选频的作用。缺点：由于高选模性的标准具总要带来百分之几的透射损失，因此这种方法对于 低增益的激光器（如He-Ne激光器）不大合适，但对于高增益的激光器（如CO2激 光器）则是十分有效的。（3）三反射镜法激光器一端的
12、反射镜被三块反射镜的组合所代替，其中镜肱3与M4为全反射镜，M2是具有适当透射率的部分透射部分反射镜，这个组合相当于两个谐振腔的耦合，一个谐振腔是由M1与M3组成，其腔长为L1+L2,另一个谐振腔由M3与M4 组成，其腔长是L2+L3。如果L2、L3较短，就形成了一个短谐振腔和一个长 谐振腔的耦合。、一、顼43，“廿 工、”一 口 Av =-短谐振腔的纵模频率间隔是 短2贝匕+匕）Av =长谐振腔的纵模频率间隔是长2P（Li+L2）只有同时满足上面两个谐振条件的光才能形成振荡，故只要选取L2+L3足够小， 就可以获得单纵横输出。5、激光单横模的选取：1）光阑法2）聚焦光阑法3）腔内望远镜法6、
13、（名词解释）衍射损耗：通过求解激光谐振腔的自再现模积分方 程得到，在激光谐振腔内振荡的基横模是高斯光束，其光振幅和光强 分布在与光轴垂直的平面上呈高斯函数形式，一直延伸到离光轴无限 远处。因此，由于反射镜的有限尺寸的限制，每一次反射都会有一部 分光能衍射到镜面之外，造成能量损失。这种由于衍射效应形成的光 能量损失称为衍射损耗。7、腔内望远镜法优点：（1）能充分利用激光工作物质，获得较大功 率的基模输出。（2）可通过调节望远镜的离焦量得到热稳定性很好的 激光输出。（3）输出光斑大小适当，不致损伤光学元件。8、频率的漂移：一个激光器通过选模获得单频振荡后，由于内部和 外界条件的变化，谐振频率仍然会在整个线型宽度内移动。这种现象 叫做“频率的漂移”。9、频率的稳定性包括两个方面：一是频率稳定度；二是频率复现性。10、影响频率稳定的因素：1）腔长l变化的影响2）折射率变化的 影响。11、稳频方法：1）被动式稳频2）主动式稳频。1）被动式稳频：利用热膨胀系数低的材料制作谐振腔的间隔器；或 用膨胀系数为负值的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合， 以使热膨胀互相抵消，实现稳频。2）主动式稳频：目前采用的主动稳频方法基本原理大体相同，即把 单频激光器的频率与某个稳定的参考频率相比较，当振荡频率偏离参 考频率时，鉴别器就产生一个正比于偏离量的误差信号。这个误差信 号经放大
