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1、第一章作业（激光技术-蓝信鉅，66页）答案2在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1/4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳？（2）若旋转1/4波片，它所提供的直流偏置有何变化？答：（1）.其快、慢轴与晶体主轴x轴成450角（即快、慢轴分别与x y轴平 行）。此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个 V1/4的固定偏压（Ex和Ey的附加位 相差为900）;使得调制器在透过率T=50%的工作点上。（2）.若旋转1/4波片，会导致Ex和Ey的附加位相差不再是900;因而它所 提供的直流偏置也不再是V1/4。当然调制器的工作点也偏离了透过率 T=50%的位置。3为了降低电光调
2、制器的半波电压，采用4块z切割的KDP晶体连接（光路串联、电路并联）成纵向串联式结构。试问：（1）为了使4块晶体的电光效应逐块叠 加，各晶体的x和y轴取向应如何？若入=0.628卩，门。=1.51，丫 63=23.6 X0 12m/V，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。解：为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，贝U 把晶体x和y轴逐块旋转90安置，z轴方向一致（如下图），x x z zx x z z y y y y.四块晶体叠加后，每块晶体的电压为：11 入 10.62810-6V 入=V入？ 3=? =966 v 3-124242n0 丫 63421.51? 2
3、3.6? 102而单块晶体得半波电压为：入 0.62810-6V 入=3=3864 v 3122n0 丫 6321.51? 23.6? 102与前者相差4倍。4试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态 （线偏光、椭圆偏光和自然 光），并指出是根据什么现象？如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然 光能否得到光强调制？为什么？解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则 为线偏振光。b. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强有两次强弱变化（但无消光现象发生）；则为椭圆偏振光。c. 在光路上放置偏振片和白
4、色屏幕，转动偏振片一周，假如光强没有变化；则为 自然光（或圆偏振光）。区分二者也不难，只需在偏振片前放置一个四分之一波 片（可使圆偏振光变为线偏振光，可出现a的现象）即可。（这里自然光却不能变成线偏振光）（2）自然光得不到调制。原因是自然光没有固定的偏振方向，当它通过电光晶 体后没有固定的位相差； 因而不能进行调制。第2章作业（激光技术-蓝信鉅，103页）1 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 随时间的变化。答：（1）利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理：因为激光物质上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，为使上能级积累大 量的粒子，就可以在激光
5、器开始泵浦初期，设法将激光器的阈值调的很高，抑制 激光振荡的产生，使激光上能级的反转粒子数大量积累，当粒子数达到最大时， 然后突然调低阈值，这样，积累在上能级的粒子便雪崩式的跃迁到低能级，在极 短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲。（2）脉冲形成过程中各参量随时间的变化：以腔内损耗突变时记为t = 0,在此之前只是准备了初始粒子数密度 n，t=0时, 泵浦功率将耗尽，粒子反转数 An达到最大值 n，受激光子数为零，即二i=0经过一段时间受激辐射占优势时，雪崩过程开始形成，开始急剧增长，An开始剧减，这一过程一直持续到 n=A n（阈值），此时腔内光子数达到 最大值m光子在腔内的
6、寿命为tc,每个光子的能量为hv,则激光的峰值功率 Pm=hvm/2tc （此题画出各参数随时间变化示意图然后分析各参数变化亦可） 3.有一带偏振棱镜的电光调 Q YAG激光器，试回答或计算下列问题： 画出调Q激光器的结构示意图，并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的相 对方向。（2）怎样调整偏振棱镜的起偏方向和晶体的相对位置才能得到理想的开关效果？计算I/4波长电压 V入/4 （匕25mm, n0= ne= 1.05, 丫解：（1）调Q激光器的结构示意图 偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的相对方向透反镜氙灯偏振器1X1v ii1T电光晶体 全反镜1063=23.6 - 2LQ 而 L0=X /
7、 入=vs2/（fs2所以）;fs 21/2vs/L 入）1/2 37MHz 21/2X 5.96 X(5Q510-1 为.06 10-4) 1/2第3章作业（激光技术-蓝信鉅，142页）3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？采用声光损耗调制元件锁模时，调制器上加电压 V（t） = Vmcos（3 mt）试问电 压的频率是多大？解：（1）在锁模情况下，光脉冲的周期T=每个光脉冲的宽度 2L2? 1.5=1? 10-8（s）8c3? 10?t =11121.5=1? 10
8、-11（s） 82N+1? u q100030光脉冲的峰值功率是平均功率的 2N + 1倍，P）=100Q?仁 1000（W） max=（2N+1（2）电压的调制频率的一半，与相邻纵模的频率间隔相同的时候可实现调制 （以确保损耗的变化频率与相邻纵模的频率间隔相同），12 n 12 3.14? 3? 108 m= =? =3.14? 108 2?T22? 1.54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） u osc=12 X 101,腔长L = 0. 5m,试计算激光器的参量；（1）纵模频率间隔， u os内可容纳纵模的数目；（3）假设各纵模振幅相等，求锁模后脉冲的宽
9、度 和周期，（4）锁模脉冲及脉冲间隔占有的空间距离。解：（1）纵模频率间隔（2） u os内可容纳纵模的数目，c3? 108? u q=3 108（Hz）2L2? 0.5? u osc12 1010N=400 ? u q3108(3)锁模后脉冲的宽度?t =111邛2=8.3? 10(s) 82N+1? u q40030 锁模后脉冲的周期T=(4) 锁模脉冲占有的空间距离 2L2? 0.5-9=3.3? 10(s)8c3? 10 d1=c? t =c2L2 0.5=2.5? 10-3(m) (2N+1)c4002L=2? 0.5=1（m）c脉冲间隔占有的空间距离 d仁cT=c6在谐振腔中部L/
10、2处放置一损耗调制器，要获得锁模光脉冲，调制器的损耗 周期T应为多大？每个脉冲的能量与调制器放在紧靠端镜处的情况有何差别？答：要获得锁模光脉冲，调制器的损耗周期T应为L/C。与调制器放在紧靠端镜处相比，每个脉冲的能量约为原来的1/2。第4章作业（激光技术-蓝信鉅，169页）1 比较激光荡器和放大器的异同点。答：激光放大器与激光振荡器基于同一物理过程，即受激辐射的光放大。其主要 区别是激光放大器（行波）没有谐振腔。工作物质在光泵浦的作用下，处于粒子 数翻转状态，当从激光振荡器产生的光脉冲信号通过它时，由于入射光频率与放 大介质的增益谱线相重合，故激发态上的粒子在外来信号的作用下产生强烈的受 激辐
11、射。这种辐射叠加在外来光信号上而得到放大，因而放大器能输出一束比原 来激光亮度高得多的出射光束。另外，为了得到共振放大，要求放大介质有足够 的翻转粒子数和与输入信号相匹配的能级结构。3.为什么放大器可以压窄脉冲宽度？它与锁模压窄脉宽有什么区别？ 答：放大器可以压窄脉冲宽度的原理：以一矩形脉冲为例，当矩形脉冲通过放大 器时，脉冲各部位获得的增益不同，脉冲的前沿具有最大的增益，而脉冲后面一 些部位的增益则随着（t-L/c）的增加而减小，在（t-L/c ）等于矩形脉宽处增益最 小。在脉冲的前沿部位，功率是按指数规律增加，而在后沿，增益趋向饱和。结 果就引起脉冲形状变尖，宽度变窄。与锁模压窄脉宽区别：
12、锁模使各纵模相邻频率间隔相等即固定为C/2L,使这些各自独立的纵模在时间上同步，它们之间的相位有确定的关系。多个纵模之间会发 生功率耦合而不再独立，每个模的功率是所有振荡模提供的，导致输出一峰值功 率高，脉冲宽度窄的序列脉冲。利用锁模压窄脉宽和利用放大器压窄脉宽的原理不同，另外锁模技术利用将能量 压缩在极短的时间内释放，可获得极高的峰值功率，能量不一定很大，而放大器 得到的激光既具有高功率又具有高能量。17-3-23225. 个 YAG 激光放大器， NO = 6x10cm, c 1Z5X10m,对一矩形光 脉冲放大，已知光束截面是 0. 5cm，-19光子能量hu= 1. 86X0J，脉宽为10ns,能量为50mJ,若要求放大到200mJ,试求放大介质的长度应为多少？解：已知 n0=6? 1023m-3, c 12=510-19cm2=5? 10-23m2,r =108s,s=0.5? 10-4m2 E 初 50? 10-329=5.376? 10 可得到初始光子流密度 10= -19-4-8h u s t 1?860? 0.5? 10? 10又因能量放大系数GE=E放大E初=4由公式GE=12(T 1210 t 2 c 1210 tc ?2?n0L+e-1? e? ?()将各参数值带入上式，可得到4=1? 1
