激光原理 复习题答案(考研可参考)

6. 非均匀加宽介质对应的辐射线型因子的主要特点是什么?以气体的多普勒加宽为例说明。

答:是高斯分布函数,满足归一化条件,有最大值。 多普勒线性函数就是原子数按表观中心频率的分布函数

c?m?~?gD??,?0???e??0?2?kbT??12?mc22????v?v??02???2kbTv0? (1)具有高斯函数形式

12c?m??gD??,?0??? 当???0时,具有最大值 ~?? ;

?0?2?kbT?gD??,?0??式(1)也可改写为下述形式~2?In2???e??D???12?4In2????0?2????2????D??

满足归一化条件

7,建立四能级系统的速率方程的主要考虑是什么?一共有几个方程?写出其中的光子数变化方程的表示,并说明各个物理量的意义。 答: 5个方程;

dNl?Nlf2??????n?n??,?vN?20l?121dt?f?Rl1??;

vNl光子数密度 ;?21??,?0?发射截面 ;子寿命

工作物质中的光速;?Rl 光

7. 速率方程主要描述了什么物理量的变化规律?求解速率方程的主要目的是为了解决那些物理问题? 答:能量粒子数密度随时间变化的微分方程;

研究各能级粒子数随光强的关系

8. 饱和效应对均匀加宽和非均匀加宽的影响有何不同?烧孔效应的物理机理是什么?

答:均匀加宽情况下的增益饱和效应的强弱与频率有关,在中

心频率处饱和效应最强,偏离中心频率越远饱和效应越弱。对于非均匀加宽,饱和效应的强弱与频率无关。 烧孔效应:在非均匀加宽情况下,当频率为V,强度为I

的强光入射时,将引起V一定范围内反转粒子数的增益饱和,使各自与频率的关系曲线上烧出一个孔来,即是烧孔效应,表示入射光I对反转粒子数的选择性消耗。

第三章 激光器的振荡特性

1. 激光器的振荡阈值中有翻转粒子数阈值和增益阈值,它们和那些物理量相关?

答:不同模式(频率)具有不同的受激辐射截面,反转粒子数密度不同,则反转粒子数阈值不同;阈值增益系数由单程损耗决定,不同纵模具有相同的阈值,不同横模具有不同的单程损耗,其阈值增益不同。

2. 请描述空间烧孔效应的物理过程。

答:当频率一定的纵模在腔内形成稳定振荡事产生一个驻波场。波腹处光强最大,波节处光强最小,消耗反转粒子数后,波腹处光强最小而波节处光强最大,则形成了空间烧孔。可见空间烧孔的形成过程由驻波腔和粒子空间转移慢引起的。

3. 请描述短脉冲激发过程中的弛豫震荡过程的物理机理。 答:四个阶段。(激光器的尖峰效应的四个阶段)

4. 激光器的频率牵引过程指的是与纵模间相关的物理过程,请简述物理机理?

答:当激光器的纵模频率与增益介质的中心频率不重合时,纵模频率在振荡过程中会牵向中心频率靠拢。由于腔内增益介质的折射率吧对振荡频率存在色散,这种色散关系与激活介质的增益系数及增益曲线有关。在有源腔中,由于增益物质的色散,纵模频率比无源腔纵模频率更靠近谱线中心频率,则就是频率牵引。

5. 激光器的无源腔和有源腔的线宽与那些物理量有关? 答:无源腔线宽由无源腔内的光子寿命决定,有源腔的线宽取决于净损耗δ。

补充理解:

无源腔(g=0,吸收与发射的光子数相等)线宽—谐振腔本征线宽,

有源腔线宽---激光谐振腔线宽

第四章 光学谐振腔与高斯光束

1. 光学谐振腔是激光器的重要组成部分,它的作用是提供轴向的光波模的正反馈以及保证激光器的单模振荡。激光器的谐振腔主要是开放式谐振腔,为什么?

衍射损耗仅发生在镜面的边缘,而开放式谐振腔中心振幅大,边缘振幅小的场会尽可能少的受到衍射损耗的影响,这样经过多次渡越后,除了振幅整体下降,其横向分布将不发生变化,即在腔内往返传输一次后可以“再现”出发时的振幅分布,即自再现模,这样就很好的保证了激光器的单模振荡。

2. 光学谐振腔分为哪三种情况?

答:稳定腔:指腔内任一束傍轴光线经过任意多次往返传播而不溢出腔外,是低损耗腔;

非稳定腔:指任一束傍轴光线都不可能永远存在于腔内,是高损耗腔;

介稳腔:是指某些特定的傍轴光线在腔内往返传播而不溢出。

3. 光学谐振腔的稳定条件是什么?

? g 答: 1、 2 ? 1 2、g1=0,g2=0.(1,2表示下?01g??LLg?1?,g?1?12标啊) ??R1R2

4. 谐振腔的损耗分为选择性损耗和非选择性损耗,分别对应哪几种损耗?

答:选择性损耗则是与横模阶次密切相关的衍射损耗,阶次越高相应的衍射损耗越大;

非选择性损耗与横模阶次无关,如投射,吸收,散射损耗。

5. 光子的平均寿命与损耗的关系如何?

答:光子的平均寿命定义为腔内光强衰减为初始值的1/e时所需要的时间。t=L/δC,腔内损耗δ越大,则t越小,腔内光强衰减越快。

6. 研究光在谐振腔中的传输主要讨论的是与那种损耗相关?

7. 研究光学谐振腔中光的传输过程基于的物理思想是什么? 8. 光强在谐振腔中的镜面上呈高斯分布,这也是激光输出的空间强度分布形式。这一结果是什么物理原因所导致的。 9. 激光器分为连续和脉冲,另外还有气体,固体和液体,以及

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