《激光原理》本科期末考试试卷及答案

系、班姓名座号…………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………华中科技大学2012年《激光原理》期末试题(A)题号一二三四总分复核人得分评卷人一.填空:（每孔1分，共17分）1.通常三能级激光器的泵浦阈值比四能级激光器泵浦阈值高。2.Nd:YAG激光器可发射以下三条激光谱线946nm、1319nm、1064nm。其中哪两条谱线属于四能级结构1319nm、1064nm。3.红宝石激光器属于3几能级激光器。He-Ne激光器属于4能级激光器。4.激光具有四大特性，即单色性好、亮度高、方向性好和相干性好5.激光器的基本组成部分激活物质、激光谐振腔、泵浦源。6.激光器稳态运转时，腔内增益系数为阈值增益系数,此时腔内损耗激光光子的速率和生成激光的光子速率相等.7.调Q技术产生激光脉冲主要有锁模、调Q两种方法。二、解释概念：（共15分，每小题5分）(选作3题)题号一二三合计得分1.基模高斯光束光斑半径：激光光强下降为中心光强21e点所对应的光斑半径.2.光束衍射倍率因子光束衍射倍率因子=角基膜高斯光束远场发散基膜高斯光束束腰半径实际光束远场发散角实际光束束腰半径3.一般稳定球面腔与共焦腔的等价关系：一般稳定球面腔与共焦腔的等价性：任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价；任何一个稳定球面腔唯一地等价于一个共焦腔。三、问答题：（共32分，每小题8分）题号一二三四合计得分1.画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组　RlllllNNnffndtdNnnnnnAnWnsndtdnSnSAnNnffndtdnASnWndtdn021112203213030010103232121202111222313230303,,W03A03S03S32S21A21W21W12E3E2E1E0系、班姓名座号…………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………2.一两块球面镜组成的直腔，腔长为L，球面镜的曲率半径分别为R1和R2，写出其往返矩阵的表达式。答:往返矩阵为:1201101120110112RLRLT3．什么是对成共焦腔,计算对成共焦腔g参数.:答:对成共焦腔:R1=R2=L对成共焦腔g参数.:0111RLg0122RLg021ggg4.画出声光调Q激光器原理图，说明声光调Q基本原理？答.电光晶体两端加一定电压，使沿x方向的偏振光通过电光晶体后，沿轴两方向偏振光的位相差为，电光晶体相当于1/4波片，光束两次通过电光晶体时，偏振方向旋转90°，偏振方向与偏振片检偏方向垂直，光束无法通过检偏片，腔内损耗高，激光无法振荡;突然撤除电压后，损耗迅速下降，上能级反转粒子数迅速转化为激光脉冲输出.四．计算题（36分）题号一二三四合计得分1．试计算连续功率均为1W的两光源，分别发射＝0.5000m，=3000MHz的光，每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？（8分）解：若输出功率为P，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n，则：由此可得：其中346.62610Jsh为普朗克常数，8310m/sc为真空中光速。所以，将已知数据代入可得：=500nm时：18-1=2.510sn=3000MHz时：23-1=510sncPnhnhPPnhhc系、班姓名座号…………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………2.今有一球面腔，mR5.11，mR12，L＝80cm。试证明该腔为稳定腔；求出它的等价共焦腔的参数。（9）解：g1=1-1RL=0.47g2=1-2RL=1.8，g1g2=0.846即：0g1g21，所以该腔为稳定腔。由公式（2.8.4）Z1=212RLRLLRL=-1.31mZ2=211RLRLLRL=-0.15mf2=2212121RLRLLRRLRLRL=0.25m2f=0.5m3.3.一均匀加宽激光器，其输出耦合镜透射率为T(T1),求其在单纵模条件下输出功率表达式.(已知均匀加宽激光介质增益表达式为lvIIvggqsvqHqHq)(1()()(0解：设腔内各处光强相同腔外出射光强：)1(RIIout输出功率:ARIAIPoutout)1(A为光斑面积腔内平均光强：IIIqvqqvIII5.0q则得：TAITAIPqoutq0.5由于稳态时：lgIvgtvqHq/,且tqsvqHvqHglvIIvgIvgqq1,0则得：10lvgvIIqHqsvq1210lgATIPqHqsout