《激光原理》本科期末考试试卷及答案.doc
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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=
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
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:
3．什么是对成共焦腔,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.:
4.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＝0.5000mm，=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：
其中为普朗克常数，为真空中光速。
所以，将已知数据代入可得：
时：
时：
系、班姓名座号
…………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………
2.今有一球面腔，，，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：
g=1-=0.47g=1-=1.8，gg=0.846
即：
0由公式（2.8.4）
Z==-1.31m
Z==-0.15m
f==0.25m
f=0.5m
3.3.一均匀加宽激光器，其输出耦合镜透射率为T（T<<1）,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
解：
设腔内各处光强相同
腔外出射光强：
输出功率:
A为光斑面积
腔内平均光强：
则得：
由于稳态时：
且则得：
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