《激光原理》復習

第一章激光的基本原理

1、自發輻射受激輻射受激吸收的概念及相互關系

2、激光器的主要組成部分有哪些？各個部分的基本作用。激光器有哪些類型？如何對激光器進行分類。3、什么是光波模式和光子狀態？光波模式、光子狀態和光子的相格空間是同一概念嗎？何謂光子的簡并度？

4、如何理解光的相干性？何謂相干時間，相干長度？如何理解激光的空間相干性與方向性，如何理解激光的時間相干性？如何理解激光的相干光強？5、EINSTEIN系數和EINSTEIN關系的物理意義是什么？如何推導出EINSTEIN關系？

4、產生激光的必要條件是什么？熱平衡時粒子數的分布規律是什么？

5、什么是粒子數反轉，如何實現粒子數反轉？

6、如何定義激光增益，什么是小信號增益？什么是增益飽和？

7、什么是自激振蕩？產生激光振蕩的基本條件是什么？

8、如何理解激光橫模、縱模？

第二章開放式光腔與高斯光束

1、描述激光諧振腔和激光鏡片的類型？什么是諧振腔的諧振條件？

2、如何計算縱模的頻率、縱模間隔？

3、如何理解無源諧振腔的損耗和Q值？在激光諧振腔中有哪些損耗因素？什么是腔的菲涅耳數，它與腔的損耗有什么關系？4、寫出（1）光束在自由空間的傳播；（2）薄透鏡變換；（3）凹面鏡反射；（4）介質中傳播的射線光學矩陣

5、什么是激光諧振腔的穩定性條件？6、什么是自再現模，自再現模是如何形成的？

7、寫出菲涅耳-基爾赫夫方程，并說明每一項的物理意義

8、畫出圓形鏡諧振腔和方形鏡諧振腔前幾個模式的光場分布圖，并說明意義9、基模高斯光束的主要參量：束腰光斑的大小，束腰光斑的位置，鏡面上光斑的大小？任意位置激光光斑的大小？等相位面曲率半徑，光束的遠場發散角，模體積

10、如何理解一般穩定球面腔與共焦腔的等價性？如何計算一般穩定球面腔中高斯光束的特征11、高斯光束的特征參數？q參數的定義？

12、如何用ABCD方法來變換高斯光束？

13、非穩定腔與穩定腔的區別是什么？判斷哪些是非穩定腔。14、激光器輸出橫模和縱模如何確定。

第三章電磁場與物質的共振相互作用

1、什么是譜線加寬？有哪些加寬的類型，它們的特點是什么？如何定義線寬和線型函數？什么是均勻加寬和非均勻加寬？它們各自的線型函數是什么？

2、自然加寬、碰撞加寬和多普勒加寬的線寬與哪些因素有關？

3、能級光學躍遷的速率方程，并考慮連續譜和單色譜光場與物質的作用和工作物質的線型函數。

4、畫出激光三能級和四能級系統圖，描述相關能級粒子的激發和去激發過程。建立相應能級系統的速率方程，求解速率方程，求出激光能級的反轉粒子數密度。

5、說明均勻加寬和非均勻加寬工作物質中增益飽和的機理。

6、何謂小信號增益，飽和增益？

7、描述非均勻加寬工作物質中增益飽和的“燒孔效應”，并說明它們的原理。第五章激光振蕩特性1、連續和脈沖激光器工作的閾值條件，輸出功率或能量，輸出光波的波形（討論馳豫脈沖形成的過程），分析激光器內的模式競爭過程。2、解釋模式競爭效應和橫模及縱模的空間燒孔效應。3、說明蘭姆凹陷的形成過程。4、激光譜線的線寬極限5、激光器的頻率牽引效應第六章激光放大特性1、常見激光放大器的種類及工作特點2、放大的自發輻射第七章激光特性的控制與改善1、為什么對激光的特性進行控制和改善，常見的有那些方法？2、如何選擇橫模或縱模，分別有哪些方法3、說明穩頻的原理及常見的穩頻方法4、分析調Q的原理、方法及目的5、注入鎖定的目的如何，怎樣實現的6、鎖模的目的和方法第九章：常見激光器及其特點He-Ne、Nd-YAG、紅寶石、鈦寶石、N2激光器等的發光物質，出光波長及激勵方法和特點。補充計算題：1、TEM00模式的激光光束垂直入射到完全吸收的介質平面。平面中央處有半徑為a的小孔，求該平面對入射的TEM00模的透過率，并計算出當小孔半徑正好等于該處基模光斑半徑時的透射率值。（基模高斯光束基模光斑的光強分布函數），選基橫模的條件（光闌的大小和位置）2、共焦腔氦氖激光器的輸出波長為0.6328μm，L＝30cm求：⑴基橫模的遠場發散角。⑵5m處的光斑直徑。（10分）3、有一平凹氦氖激光器，腔長0.5m，凹鏡曲率半徑為2m，現用小孔光闌選出TEM00模，試求光闌放于緊靠平面鏡和緊靠凹而鏡處兩種情況下小孔直徑各為多少?(對于氦氖激光器，當小孔光闌的直徑約等于基模半徑的3．3倍時，可選出基橫模。)4、氬離子激光器的中心波長是0.5145μm，譜線寬度是Δν=6×108Hz,若諧振腔的長度為0.5米，求可能輸出的縱模數及相應的頻率值。（激光器的輸出橫模與縱模數目）5、今有一球面腔，R1＝1.5米，R2＝-1米，L＝80厘米．試證明該腔為穩定腔；求出它的等價共焦腔的參數，在圖上畫出等價共焦腔的具體位置。6、作一個腔長為50cm的對稱穩定腔，試確定反射鏡曲率半徑的取值范圍。7、試求平凹、雙凹、凹凸共軸球面鏡腔的穩定性條件。8、已知二氧化碳激光諧振腔由曲個凹面鏡構成，R1＝lm，R2＝2m，L＝0.5m如何選擇高斯束腰斑的大小和位置才能使它成為該諧振腔中的自再現光束?9、靜止氖原子的3s2—2P4譜線中心波長為632．8nm，設氖原子分別以0.1c、0.4c和0.8c的速度向著觀察者運動，問其表觀中心波長分別變為多少?10、激光工作物質是釹玻璃，其熒光線覽F＝24.0nm，折射率＝1．50，能用短腔選單縱模嗎?11、由兩個凹面鏡組成的球面腔，如圖。凹面鏡的曲率半徑分別為2m、3m，腔長為1m。發光波長600nm。（1）求出等價共焦腔的焦距f；束腰大小w0及束腰位置；（2）求出距左側凹面鏡向右3.333米處的束腰大小w及波面曲率半徑R；12氦氖激光器中Ne20能級2S2-2P4的譜線為1.1523μm。這條譜線的自發輻射幾率A為6.54×106s-1秒,放電管氣壓P≈260帕;碰撞系數α≈700KHz/帕;激光溫度T=400K;M=112;試求:均勻線寬ΔνH;多普勒線寬ΔνD;分析在氣體激光器中,哪種線寬占優勢13紅寶石激光器中，Cr3粒子數密度差Δn=6×1016/cm3,波長λ=694.3nm,自發輻射壽命τs=3×10--3s,折射率η≈1.76。僅考慮自然加寬效果,上下能級簡并度為1。試求(1)該激光器自發輻射系數A21;(2)線型峰值;(3)中心頻率處小信號增益系數g0;(4)

中心頻率處飽和增益系數g14一束Ar高斯激光束，束腰半徑為0.41mm，束腰位置恰好在凸透鏡前表面上，激光輸出功率為400w(指有效截面內的功率)，透鏡焦距為10mm，計算Ar激光束