激光原理與技術(shù)A答案

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1、06~07激光原理與技術(shù)A答案2006-2007學(xué)年第1學(xué)期《激光原理與技術(shù)》A卷試題答案1．基本概念題(選做6小題，每小題5分)[30]1.1試就你所了解的知識，對激光器進行科學(xué)分類。按工作介質(zhì)分：氣體激光器、固體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器等按工作方式分：脈沖激光器（pulsedlaser）、連續(xù)激光器（c.wlaser）固定波長輸出、波長可調(diào)諧的激光器……（按任一方式對其進行分類均可得分，答案是多樣的）1.2激光器一般包括哪三個基本單元？各單元的主要作用是什么？激光器三個基本組成單元（各自的作用描述方式可以不一樣）泵浦源：提供輸入能量，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布?n?0。增益

2、介質(zhì)：對入射光產(chǎn)生放大作用。光子諧振腔：選模、儲能，形成光振蕩（變激光放大器為激光振蕩器）。1.3對于線寬為??的洛侖茲函數(shù)和高斯函數(shù)，│ν-ν0│為多大時，這兩個函數(shù)值相等？在什么頻率范圍內(nèi)，洛侖茲函數(shù)值大于高斯函數(shù)值？│ν-ν0│=0.75???時，洛侖茲函數(shù)與高斯函數(shù)值相等；│ν-ν0│>0.75??時，洛侖茲函數(shù)大于高斯函數(shù)值。1.4三能級系統(tǒng)和四能級系統(tǒng)的主要區(qū)別是什么？就兩系統(tǒng)各舉一典型實例.三能級系統(tǒng)與四能級系統(tǒng)的主要區(qū)別是：前者基態(tài)與激光下能級共享，因而閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度為n/2，而后者的激光下能級抽空速率很快，閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度近似為激光上能級的閾值反

3、轉(zhuǎn)粒子數(shù)n2t。典型的三能級系統(tǒng)激光器為紅寶石激光器，典型四能級系統(tǒng)激光器為Nd:YAG激光器。1.5何謂燒孔效應(yīng)？何謂蘭姆凹陷？燒孔效應(yīng)主要指非均勻加寬介質(zhì)中，由于頻率?1的強光入射引起的反轉(zhuǎn)集居數(shù)的飽和現(xiàn)象。即在頻率為?1，光強為I?1的強光作用下，使表觀中心頻率處在?1±(1+I?1/Is)1/2???H/2范圍內(nèi)的粒子產(chǎn)生受激輻射，因此在?n???~??曲線上形成一個以?1為中心，寬度約為(1+I?1/Is)1/2???H的“燒孔”，這種現(xiàn)象稱為燒孔效應(yīng)。（均勻加寬介質(zhì)的空間燒孔效應(yīng)：當(dāng)頻率為?q的強激光振蕩時，它在腔內(nèi)沿軸線方向的分布形成駐波場，波腹處光強最大，波節(jié)

4、處光強最小。腔內(nèi)的增益系數(shù)不同，波腹處光強大，用去的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)多，造成增益系數(shù)下降也大。波節(jié)處增益系數(shù)下降少。我們稱這種反轉(zhuǎn)粒子1數(shù)密度或增益系數(shù)在腔內(nèi)軸線上具有某種分布的現(xiàn)象為空間燒孔效應(yīng)。）蘭姆凹陷是指非均勻加寬介質(zhì)激光器的輸出功率P隨頻率變化曲線在中心頻率?0處的凹陷。即非均勻加寬工作物質(zhì)，中心頻率處，增益雖然大，但參與光放大的粒子數(shù)少，在輸出曲線上，中心頻率附近功率低，形成凹陷。1.6試辨析激光振蕩器、激光放大器和激光器的區(qū)別激光振蕩器：可以構(gòu)成一臺激光器激光放大器：可以是一段增益介質(zhì)激光器：可以由一個激光振蕩器構(gòu)成，也可由一個振蕩器和一個或數(shù)個放大器構(gòu)成。1.7何謂

5、有源腔和無源腔？如何理解激光線寬極限和頻率牽引效應(yīng)？有源腔與無源腔的區(qū)別在于有無增益介質(zhì)（工作物質(zhì)，泵浦均可）。激光線寬極限：激光輸出中有種線寬由于自發(fā)輻射的存在而產(chǎn)生，因而是無法排除的，所以稱它為線寬極限。頻率牽引效應(yīng)：在有源腔中，由于增益介質(zhì)的色散，使得縱模頻率比無源腔縱模頻率更靠近中心頻率，這種現(xiàn)象叫做頻率牽引效應(yīng)。1.8什么是小信號增益系數(shù)？在其他條件相同情況下，小信號的增益系數(shù)對激光輸出功率有什么影響？腔內(nèi)光強I???IS時的增益系數(shù)g0(?)??n0?21(?,?0)叫做小信號增益系數(shù)。在其他條件相同情況下，g0(?)?gt時，g0(?)越大，輸出功率越大；g0(

6、?)?gt時，無激光輸出。2.綜合思考題(選做2小題，每小題15分)[30]2.1如圖所示，E2、E1分別為激光的上下能級,(a)間接泵浦，(b)直接泵浦，(c)典型三能級系統(tǒng)，試比較分析這三種泵浦方式的優(yōu)缺點。間接泵浦與直接泵浦的區(qū)別在于前者通過一個泵浦能級實現(xiàn)激光上能級的布局；直接泵浦2是氣體激光器的主要泵浦方式；典型三能級系統(tǒng)的特點是激光下能級為基態(tài)；對各自的優(yōu)缺點的分析……（主觀題：答案無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）2.2設(shè)有兩束頻率分別為?0+??和?0-??，光強為I1及I2的強光沿相同方向或相反方向通過中心頻率為?0的非均勻加寬的氣體增益介質(zhì)(I1>I2)。(1)試分別畫出

7、反轉(zhuǎn)粒子數(shù)按速度vz的分布曲線?n(vz)，并標(biāo)出燒孔位置及燒孔深度。(2)試問有效泵浦功率或氣體的氣壓變化，對分布曲線?n(vz)有何影響？（1）兩束沿相同方向入射（沿Z軸正向），兩束光分別燒孔：I1，?1??0???，在vz1?c(???0)/?0?c??/?0處燒孔，孔深?n0(c??)I1?0I1?ISI2，?2??0???，在vz2??c??/?0處燒孔，孔深?n0(?c??)I2?0I2?IS當(dāng)兩束光反向通過介質(zhì)時（I1沿Z軸正向不變，I2沿Z軸反向），則I2與I1在同一處燒孔：vz2??c