激光原理 复习题答案(考研可参考)

激光原理复习题

第一章 电磁波 1. 麦克斯韦方程中

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麦克斯韦方程最重要的贡献之一是揭示了电磁场的内在矛盾和运动;不仅电荷和电流可以激发电磁场,而且变化的电场和磁场也可以相互激发。在方程组中是如何表示这一结果?

答:(1)麦克斯韦方程组中头两个分别表示电场和磁场的旋度,

后两个分别表示电场和磁场的散度;

(2) 由方程组中的1式可知,这是由于具有旋度的随时间变化

的电场(涡旋电场),它不是由电荷激发的,而是由随时间变化的磁场激发的;

(3)由方程组中的2式可知,在真空中,,

???E?*B??0?0?t?J =0,则有

;这表明了随时间变化的电场会

导致一个随时间变化的磁场;相反一个空间变化的磁场会导致一个随时间变化的电场。这种交替的不断变换会导致电磁波的产生。

2, 产生电磁波的典型实验是哪个?基于的基本原理是什

么?

答:产生电磁波的典型实验是赫兹实验。基于的基本原理:原子

可视为一个偶极子,它由一个正电荷和一个负电荷中心组成,偶极矩在平衡位置以高频做周期振荡就会向周围辐射电磁波。简单地说就是利用了振荡电偶极子产生电磁波。

3 光波是高频电磁波部分,高频电磁波的产生方法和机理与低频电磁波不同。对于可见光范围的电磁波,它的产生是基于原子辐射方式。那么由此原理产生的光的特点是什么?

答:大量原子辐射产生的光具有方向不同,偏振方向不同,相位随机的光,它们是非相干光。

4激光的产生是基于爱因斯坦关于辐射的一般描述而提出的。请问爱因斯坦提出了几种辐射,其中那个辐射与激光的产生有关,为什么?

答:有三种:自发辐射,受激辐射,受激吸收。其中受激辐射与

激光的产生有关,因为受激辐射发出来的光子与外来光子具有相同的频率,相同的发射方向,相同的偏振态和相同的相位,是相干光。

5光与物质相互作用时,会被介质吸收或放大。被吸收时,光强会减弱,放大时说明介质对入射光有增益。请问增益系数是与原

子相关的哪个物理量成正比?这个物理量在激光的产生过程中扮演什么角色?

答:增益系数正比于反转粒子数:激光产生的必要条件之一就是原子中有反转粒子数的存在。

6在激光的产生过程中,由于光强会被不断的放大,但不会导致产生的激光也被无限放大,这是由于光强的的增加,而翻转粒子数会减少的饱和效应所致。那么在增益系数中这一过程是如何表示的,请说明各个物理量的意义? 答:

g?g01?IIsg0Is, 其中 为小信号增益系数。 为

g饱和光强。 大信号 增益系数,它是频率的函数 。从式子中看到,光达到饱和时,增益系数就不再增加了。

I7激光产生的一个重要条件是要有光学谐振腔。光学谐振腔的作

s用主要有哪几个?

答:光学谐振腔具有以下作用:提供光学正反馈;就是说增强光放大作用,对产生的激光模式进行控制,使激光具有极好的方向性(沿轴线),使激光具有极好的单色性。

8.光学谐振腔中会有横模和纵模,通常表示为TEMmnp。请问它的

角标中m,n,p表示的意义分别是什么?

答:在光学谐振腔中,满足一定的相位关系的波方能够稳定存在。即是ka=mπ, kb=nπ,

kl=pπ,(m,n,p)代表激光的一个模式,m,n分别代表横街面积x,y方向出现的节线数,称为横模序数,p为沿轴出现的节点数,称为纵模序数。 9:激光的特点有哪些?

答:相干性强,单色性佳,方向性好,高亮度。

第二章 电磁场与物质相互作用

1. 在原子的简谐振子模型中是如何考虑原子自发辐射的,哪个物理量表示的是原子本身特点?

答:原子的自发辐射会导致能量损失,因此核外电子的运动可看作

?运

?t动

1。则有

???rx??w2x?0;x?t??x0e2eiw0t;???x2w0为振子固有频率。w0??为谐振子的辐射衰减时间,表示原子本身特点。k,k为弹性恢复系数。 m?经典辐射阻尼系数,亦称经典辐射能量衰减率

2. 在外场作用下的原子被极化,其中极化系数的实部和虚部各表示的物理意义是什么?

答:实部表示介质的折射率,改变电磁场在介质中的传播速度;虚部表示介质对入射场的吸收或者放大;

3. 激光介质的增益系数和极化系数的实部还是虚部有关?为什么?

答:与虚部有关;虚部表示介质对入射场的吸收或者放大,虚部会导致场振幅的指数衰减,对光强造成影响,而增益系数与光强的吸收或放大有关。

4. 谱线的线型因子中分为均匀加宽线型因子和非均匀加宽线型因子。请问为什么原子辐射会有线型,或辐射宽度?两种不同线型因子的区别是啥?

答:原子发射的光是在频率υ附近某个频率范围内的,故产生了谱线加宽,即是辐射宽度。

均匀加宽中,每个原子有相同的中心频率,对辐射场有相同

的响应,每个单独原子的谱线和整个体系的谱线作同样的展宽;而在非均匀加宽中,每个原子具有不同的中心频率,它们对其中心频率附近小范围内的辐射做出贡献,在没有展宽单个原子谱线的情况下使整个体系的谱线予以展宽。

5. 线型因子中又分为洛伦茨线型和高斯线型,它们分别对应着那种加宽机理?

答:洛伦兹线型对应自然加宽和碰撞加宽; 高斯线型对应多普勒加宽。

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