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1、激光1 激光原理与技术实验 YAG多功能激光实验系统光路图实验内容一、固体激光器的安装调试1、安装激光器。2、调整激光器，使输出脉冲达最强二、激光参数测量1、测量自由振荡情况下激光器的阈值电压。2、测量脉冲能量和转换效率。3、测量光束发散角。三、电光调Q实验研究1、调整Q开关方位，寻找V/4 。2、确定延迟时间。3、测试动静比。四、倍频实验1、测量倍频光能量与入射角的关系。2、倍频效率的测量。五、激光放大实验1、放大器放大倍率测量。2、放大器增益测量3、最佳时间匹配测量。第一章 习题1、请解释（1）、激光 Light Amplification by Stimulated Emission o

2、f Radiation 辐射的受激发射光放大（2）、谐振腔 在工作物质两端各放上一块反射镜，两反射镜面要调到严格平行，并且与晶体棒轴垂直。这两块反射镜就构成谐振腔。谐振腔的一块反射镜是全反射镜，另一块则是部分反射镜。激光就是从部分反射镜输出的。谐振腔的作用一是提供光学正反馈，二是对振荡光束起到控制作用。（3）、相干长度从同一光源分割的两束光发生干涉所允许的最大光程差，称为光源的相干长度，用Smax表示，相干长度和谱线宽度有如下关系：Smax = 2 / 光源的谱线宽度越窄，相干性越好。2、激光器有哪几部分组成？一般激光器都具备三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。3、激光器的运转方式有

3、哪两种？按运转方式可分为： 脉冲、连续 ，脉冲分单脉冲和重复脉冲。 4、为使氦氖激光器的相干长度达到1km，它的单色性/应为多少？第二章 习题1、请解释（1）、受激辐射 高能态E2 的粒子受到能量 h = E2 - E1 光子的刺激辐射一个与入射光子一模一样的光子而跃迁到低能级 E1 的过程称受激辐射. （2）高斯光束 由凹面镜所构成的稳定谐振腔中产生的激光束即不是均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高斯光束，沿 Z 方向传播的高斯光束的电矢量表达式为：高斯光束是从zz,且随z而变.光束各处截面上的光强分布均为高斯分布.（3）、增益饱和 受激辐射的强弱与反转粒子数 N 有关

4、，即增益系数G N ，光强 I N 。N 大， G大，由于受激辐射增强， N 减少，因而G也随之减小，但还是有增益的，受激辐射仍然增强，这种增益系数随光强增加而减小的现象称增益饱和。（4）、横模 谐振腔中横向不同的稳态光场分布称为不同的横模，用TEM m n 标记，m, n 为横模序数. m, n=0时为基横模，其它模为高阶横模 。（5）、均匀增宽 每个粒子对加宽谱线范围内的任一频率都有贡献，因而这种光谱线的加宽称为均匀加宽。如光谱线的自然加宽和碰撞增宽。（6）、阈值条件 阈值条件就是光在增益介质中来回一次的增益大于或等于损耗, 即:或 G() 内 - ( 1 / 2L) L n ( r1 r

5、2 ) 2、试计算连续功率均为1w的两光源，分别发射=0.5000m, =3000G Hz的光,每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少?解：（1） (2) 3、一光源发射=0.6000m波长时，如果（I激/I自）= 1/20000，求此时单色辐射能量密度等于多少？由 得 4、设氖原子静止时发光中心频率为0= 4.74 1014 HZ，室温下氖原子的平均速率设为560m/s。求此时接收器接收频率与中心频率相差若干？由 得 5、稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R1=40cm，R2=100cm，求腔长L的取值范围。解：用作图法可解得 0Eg, P-N结这个作用区很小，厚度为m量级。当Egh

6、vf1（入射透镜紧靠共焦腔输出镜面），求该望远镜系统光束发散角的压缩比。（图略）解：入射透镜处光斑半径; 发散角的压缩比： 第五章 激光应用1、激光切割时加喷高压气流的作用是什么？一定压力(13个大气压)的气流 (氧气或空气）与热金属发生强烈的放热反应,提供了部分能量 ,使切割速度显著提高.有辅助切割的作用并能保护光束系统不被汽化的材料所污染.2、激光打孔时，单次打孔一般用在什么情况下？单脉冲打孔存在着一些问题不好解决,例如液态材料未被喷出,出现再凝固问题就不好解决,因此单脉冲打孔仅用在薄板零件上打盲孔,其它情况均采用多脉冲打孔.3、激光焊接与激光切割、打孔有什么不同？影响激光焊接的因素有哪些

7、？与切割打孔不同,焊接只需将材料熔化即可.因而必须严格控制能量输出,升温控制在熔化与蒸发之间,只有这样才能达到高质量的焊接效果.影响激光焊接的因素有光功率密度、作用时间、材料性质、焊接方式等。4、激光动平衡去重法有哪两种？它们各有什么特点激光动平衡去重有两类。1. 按偏重量去重平衡，2. 定量去重平衡。按偏重量去重平衡是检测出偏重量，自动给出一幅值信号，控制激光输出能量，以除去相应的重量。定量去重平衡不需要电路反馈系统，不论偏重大或偏重小，每次输出激光能量都是一定的，因而每次去重量也是一定的。5、激光热处理有什么特点？激光热处理可以分为哪几种？激光热处理具有以下优点：1、由于激光功率密度高，加

8、热速度极快，冷却速度也快，可以自行冷却，因而热影响区小，工件变形小，处理后不需修整。 2、由于光束传递移动方便，可以对形状复杂的零件或零件的某一部份进行处理，如盲孔底、深孔内壁、凹槽等，也可以根据需要在同一零件的不同部位进行不同的处理。3. 由于加热速度极快，即达到了表面改性的目的，又不影响材料内部原有的性能。即提高了表面硬度和耐磨性，又保持材料内部韧性。4. 由于处理后变形小，不破坏工件表面原有光洁度。激光热处理中应用较多的是表面强化，相变硬化和激光表面合金化、激光涂敷等。6、激光脉冲测距仪对光脉冲的要求有哪些？ 测距仪对光脉冲的要求 光脉冲应有足够的强度 (避免反射回来的光太弱) 光脉冲方

9、向性要好。一是为了能量集中，能测很远，二是希望能准确的判明方位。（3）光脉冲单色性要好。为避免杂散光的影响，加了滤光片，光脉冲单色性好的话，滤光效果更 佳。能有效提高信噪比。 光脉冲宽度要窄。因为光速非常高，距离不太大的话，往返时间很短。若脉冲宽度较大，即发射时间较长的话，有可能使发射光与反射回来的光重叠，这样就无法测量，因此光脉冲宽度一定要窄，可通过调Q技术解决这一问题。7、位相测距仪的工作原理是什么？位相测距是测定连续的调制激光在待测距离 d 上往返的位相差 来间接测量传播时间 t 的。我们知道光波在传播过程中位相是不断变化的，每传播波长 的一段距离，位相就变化2。所以距离 d 、光波往返

10、位相差 和光波波长 之间的关系为： 2d = ( / 2 ) ( ：往返 d 一次位相变化 ) 或 d = ( / 2 ) ( / 2 ) (1)这里， / 2相当于测尺长 Ls， / 2相当于 d 内包括测尺长 Ls 的数目。若令 = 2N + ，其中 N 为正整数 ， 是 中不足2的尾数，并考虑到Ls = / 2，(1)式改写为 d = Ls ( / 2 ) = Ls ( N + / 2 ) (2)8、画出激光干涉测长仪简化光路，并解释其工作原理。（图略）工作原理如下： 由He-Ne 激光器发出的光经半透半反镜 P 后被分成两束，一束经固定反射镜M1反射回来，另一束经可动反射镜M2反射回来

11、，两束光经过 P 后汇合产生干涉。光束 1 的光程不变，而光束 2的光程则随着平台一起移动的M2的移动而改变。 两光束光程差：S = (2n + 1) ( / 2 ) 暗条纹 S = 2n ( / 2 ) 亮条纹 (n为正整数) 当两束光的光程相差激光半波长的偶数倍时，它们相互加强，在计数器的接收屏上形成亮条纹，当两束光的光程相差半波长的奇数倍时，它们相互抵消，在接收屏上形成暗条纹。因此，M2沿光束 2 方向上每移动半波长( / 2 )的长度，光束 2 的光程就改变一个，于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变化。这个变化由光电转换装置转变成一个电信号而被光电计数器计数。并由显示和记录装置加以显示和记录。显然，我们只要记下M2 移动时干涉条纹变化的周期数 N 就可以得到被测长度为： L = N ( / 2 ) 被测长度 L 也可以通过运算和显示电路直接显示出来。