激光原理简答题整理(共3页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上1. 什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内， 只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单 色驻波。这种能够存在于腔内的驻波（以某一波 矢为标志）称为光波模式。2. 如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长 度？答：光的相干性：在不同的空间点上、在不同的 时刻的光波场的某些特性的相关性。相干时间: 光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相 干时间。相干长度:相干光能产生干涉效应的最 大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。3. 何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源 的光子简并度与它的相干性什么联系？答:光子简并度:处于同一光子态的光子数称为 光子简并度。光子简并度有以下几种相同含义: 同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体 积内的光子数、处于同一相格内的光子数。联系: 激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子 简并度越高，激光源的相干性越好。4. 什么是黑体辐射？写出公式，并说明它的物理 意义。答：黑体辐射:当黑体处于某一温度的热平衡情 况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能 量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡 状态，

2、这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的 辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。 物理意义:在单位体积内，频率处于附近的单位 频率间隔中黑体的电磁辐射能量。5. 描述能级的光学跃迁的二大过程，并写出它们 的特征和跃迁几率。答：(1)自发辐射:处于高能级的一个原子自发 的向跃迁，并发射一个能量为hv的光子，这种 过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波 称为自发辐射。特征：a)自发辐射是一种只与原子本身性质有关 而与辐射场无关的自发过程，无需外来光。b)每 个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射 单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光 的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同， 均为V，各列光波之间没有固定的相位关系，各 有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向 空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程 是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非 相干光。自发跃迁爱因斯坦系数：(2)受激吸收:处于低能态的一个原子，在频率 为的辐射场作用（激励）下，吸收一个能量为的 光子并向能态跃迁，这种过程称为受激吸收跃 迁。特征：a)只有外来光子能量时，才能引起受激辐 射。b)跃迁概率不仅

3、与原子性质有关，还与辐射 场的有关。受激吸收跃迁概率：（为受激吸收跃 迁爱因斯坦系数，为辐射场）(3)受激辐射:处于上能级的原子在频率为的辐 射场作用下，跃迁至低能态并辐射一个能量为的 光子。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。 特征：a)只有外来光子能量时，才能引起受激辐 射；b)受激辐射所发出的光子与外来光子的频 率、传播方向、偏振方向、相位等性质完全相同。 受激辐射跃迁概率：（为受激辐射跃迁爱因斯坦 系数，为辐射场）6. 激光器速率方程中的系数有哪些？它们之间 的关系是什么？答：自发跃迁爱因斯坦系数，受激吸收跃迁爱因 斯坦系数，受激辐射跃迁爱因斯坦系数 关系：7. 激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用 是什么？答:激光工作物质:用来实现粒子数反转和产生 光的受激发射作用的物质体系。接收来自泵浦源 的能量，对外发射光波并能够强烈发光的活跃状 态，也称为激活物质。泵浦源:提供能量，实现 工作物质的粒子数反转。光学谐振腔:a)提供轴 向光波模的正反馈；b)模式选择，保证激光器单 模振荡，从而提高激光器的相干性。8. 什么是热平衡时能级粒子数的分布？什么是 粒子数反转？如何实现粒子数反

4、转？答:热平衡时能级粒子数的分布:在物质处于热 平衡状态时，各能级上的原子数（或集居数）服 从玻尔兹曼分布。粒子数反转:使高能级粒子数 密度大于低能级粒子数密度。如何实现粒子数反转:外界向物质供给能量（称 为激励或泵浦过程），从而使物质处于非平衡状 态。9. 如何定义激光增益？什么是小信号增益？大 信号增益？增益饱和？答激光增益定义:表示光通过单位长度激活物 质后光强增长的百分数。小信号增益:当光强很 弱时，集居数差值不随z变化，增益系数为一常 数，称为线性增益或小信号增益。大信号增益: 在放大器中入射光强与（为饱和光强）相比拟 时，为大信号增益。增益饱和:当光强足够强 时，增益系数g也随着光强的增加而减小，这一 现象称为增益饱和效应。10. 什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什 么？ 答:自激振荡:不管初始光强多么微弱，只要放 大器足够长，就总是形成确定大小的光强，这就 是自激振荡的概念。产生条件:满足腔的谐振条件，成为腔的梳状模 之一；频率落在工作物质的谱线范围内，即对应 增益系数大于等于阈值增益系数。11. 激光的基本特性是什么？答:激光四性:单色性、相干性、方向性和高亮 度。

5、这四性可归结为激光具有很高的光子简并 度。12. 如何理解激光的空间相干性与方向性？如何 理解激光的时间相干性？如何理解激光的相干 光强？答：（1)激光的方向性越好，它的空间相干性程 度越高。（2)激光的相干时间和单色性存在着简 单关系，即单色越好，相干时间越长。（3)激光 具有很高的亮度，激光的单色亮度，由于激光具 有极好的方向性和单色性，因而具有极高的光子 简并度和单色亮度。13. 什么是谐振腔的谐振条件？如何计算纵模的 频率、纵模间隔和纵模的数冃？答：（1)谐振条件：谐振腔内的光要满足相长干 涉条件（也称为驻波条件）。波从某一点出发， 经腔内往返一周再回到原来位置时，应与初始出 发波同相（即相差为的整数倍）。如果以表示均 匀平面波在腔内往返一周时的相位滞后，则可以 表示为。A为光在真空中的波长，L为腔的光学 长度，q为正整数。(2)如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数 目、纵模的频率、纵模间隔：纵模的数目：对于满足谐振条件频率为的波，其 纵模数目，为小信号增益曲线中大于阈值增益系 数的那部分曲线所对应的频率范围(振荡带宽）。14. 在激光谐振腔中一般有哪些损耗因素，分别 与哪些

6、因素有关？答：损耗因素:a、几何偏折损耗：与腔的类型、 腔的几何尺寸、模式有关。b、衍射损耗：与腔 的菲涅尔数、腔的几何参数、横模阶次有关。 c、腔镜反射不完全引起的损耗：与腔镜的透射 率、反射率有关。d、材料中的非激活吸收、散 射、腔内插入物所引起的损耗：与介质材料的加 工工艺有关。15. 哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关 系如何？（P29-31)答：(1)描述参数:a)平均单程损耗因子：（为 初始光强，为往返一周后光强）b)腔内光子的平 均寿命：c)品质因数：去重：腔的损耗越小， 平均单程损耗因子越小，腔内光子的平均寿命越 长，品质因数越大。16. 如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？ 答：开腔镜面上，经过足够多次往返后，能形成 这样一种稳恒场，其分布不再受衍射的影响，在 腔内往返一次能够再现出发时的场分布。这种稳 恒场经一次往返后，唯一可能的变化是，镜面上 各点的场分布按同样的比例衰减，各点的相位发 生同样大小的滞后。把这种开腔镜面上的经一次 往返能再现的稳恒场分布称为开腔的自再现模。17. 求解菲涅尔-基尔霍夫衍射积分方程得到的 本征函数和本征值各代表什么？答：本征函数

7、:描述腔的一个自再现模式或横模。 其模描述镜面上场的振幅分布，幅角描述镜面上 场的相位分布。本征倌:表示自再现模在渡越一 次时的幅值衰减和相位滞后。其模值量度自再现 模在腔内往返一次的功率损耗，幅角量度自再现 模的单程相移，从而也决定模的谐振频率。18. 什么是一般稳定球面腔与共焦腔的等价性？ 答：（1)任意一个共焦球面腔与无穷多个稳定球 面腔等价；（2)任一满足稳定条件的球面腔唯一 地等价于某一个共焦腔。即如果某一个球面腔满 足稳定性条件，则必定可以找到而且也只能找到 一个共焦腔，其行波场的某两个等相位面与给定 球面腔的两个反射镜面相重合。19. 高斯光束的表征方法有哪些？答：(1)表征方法a)用束腰半径(或共焦参数)及 束腰位置表征高斯光束；b)用光斑半径及等相位 面曲率半径表征高斯光束。20. 为了使高斯光束获得良好聚焦，常釆用的方 法有哪些？答：a)用短焦距透镜；b)使高斯光束腰斑远离透 镜焦点；c)将高斯光束腰斑半径放在透镜表面 处.21. 非稳腔和稳定腔的区别是什么？举例说明哪 些是非稳腔？答:(1)_:稳定腔中傍轴光线能在腔内往返 任意多次而不致横向溢出腔外；而非稳腔中傍

8、轴 光线在腔内经过有限次往返后必然从侧面溢出 腔外。(2)非稳腔类型:所有双凸腔；所有平-凸腔；凹 面镜曲率半径小于腔长的平-凹腔；一镜曲率半 径小于腔长一镜曲率半径大于腔长的双凹腔-双 凹非稳腔；两镜曲率半径之和小于腔长的双凹 腔；凹面镜曲率半径小于腔长的凹凸非稳腔-凹 凸非稳腔；两镜曲率半径之和大于腔长的凹凸非 稳腔.22. 什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？加宽机 制是什么？ 答：(1)谱线加宽:由于各种因素的影响，自发 辐射并不是单色的，而是分布在中心频率附近一 个很小的频率范围内，这就叫谱线加宽。(2)加宽类型及机制：幻.均_勾迦宽自然加皇机制：原子的自发辐射引起的。碰撞加 宽机制：大量原子（分子、离子）之间的无规则 碰撞。.晶格振.动加宽.机制：晶格振动使激活离子 处于随周期变化的晶格场，激活离子的能级所对 应的能量在某一范围内变化。幻.非_均51加宽多.普勘加窟机_制：由于作热运动的发光原子（分 子所发出）福射的多普勒频移引起的。晶.格缺陷加宽.机劁：晶格缺陷部位的晶格场将和 无缺陷部位的理想晶格场不同，因而处于缺陷部 位的激活离子的能级将发生位移，导致处于镜体 不同部位的

9、激活离子的发光中心频率不同。 c) 绩盒加宽气旌工作物质的综佥加宽机制：由碰撞引起的均 勻加宽和多普勒非均勻加宽。固体激光_工作_物质緣合加宽 1制：由晶格热振动 引起的均勻加宽和晶格缺陷引起的非均勻加宽。 液体工作_物质的综佥加宽机.制：溶于液体中的发 光分子与其它分子碰撞而导致自发辐射的碰撞加宽。23. 如何理解均匀加宽和非均匀加宽？答：均匀加宽:引起加宽的物理因素对每个原子 都是等同的，对于均匀加宽，每个发光原子都以 整个线型发射，不能把线型函数上的某一特定频 率和某些特定原子联系起来，或者说，每一个原 子对光谱内任一频率都有贡献。非均匀加宽:原 子体系中每个原子只对谱线内与它的中心频率 相应的部分有贡献，因而可以区分谱线上的某一 频率是由哪一部分原子发射的。24. 分析三能级和四能级系统中粒子在各能级之 间的跃迁过程，画出示意图，为什么三能级系统 比四能级系统需要更强的激励？答：这是因为四能级系统系统的激光下能级为激 发态，所以只需把Am个粒子激励到能级就可以 使增益克服腔的损耗而产生激光。而在三能级系 统中，激光下能级是基态，至少要将（n+Am) /2个粒子激励到能级上去，其中n远远大于Am 才能形成集居数反转，所以三能级系统的阈值能 量或阈值功率要比四能级系统大得多。25. 说明均匀加宽和非均勻加宽工作物质中增益 饱和的机理。答：均匀加宽增益饱和机理:在均勻加宽情况下， 每个粒子对谱线不同频率处的增益都有贡献，也 就是说均匀加宽的激光工作物质对各种频率入 射光的放大作用全都使用相同的反转粒子数，因 此强光会导致反转集居数密度的下降，而反转集 居数密度的下降又将导致弱光增益系数的下降， 结果是增益在整个谱线上均匀地下降。非均匀加宽增益饱和机理:对非均勻加宽工作物 质，频率为v 1的强光只引起表观中心频率在 V 1附近的反转集居数饱和，因而在增益曲线 上形成一个烧孔。26. 饱和光强的含义？怎样定义的？（pl51)答：饱和光强的物理意义是:当入射光强度可以 和比拟时，受激辐射造

《激光原理简答题整理(共3页)》由会员s9****2分享，可在线阅读，更多相关《激光原理简答题整理(共3页)》请在金锄头文库上搜索。