尔雅激光原理与技术 2020学年春(邸志刚)章节答案(学习通2023题目答案)

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尔雅激光原理与技术 2020学年春(邸志刚)章节答案(学习通2023题目答案)

第一章 激光基本原理

第一章单元测试题

1、尔雅热平衡时黑体辐射的激光技术能量密度由 决定。
A、原理黑体的学年学习尺寸
B、黑体的春邸温度
C、黑体的志刚章节体积
D、黑体的答案组成材料

2、证明光子同时具有能量和动量的通题科学实验是 。
A、目答黑体辐射
B、尔雅光电效应
C、激光技术康普顿散射
D、原理杨氏双缝干涉

3、学年学习产生激光的春邸基本物理过程是 。
A、志刚章节受激吸收
B、自发辐射
C、康普顿散射
D、受激辐射

4、根据经典的麦克斯韦理论,空腔中某模式的电磁波,其能量与光波的 有关。
A、频率
B、振幅
C、相位
D、偏振

5、关于自发辐射和受激辐射,下面说法不正确的是 。
A、受激辐射和自发辐射在黑体中同时存在。
B、自发辐射和受激辐射的选择定则一样。
C、自发辐射和受激辐射的跃迁速率一样。
D、如果受激辐射能发生,则自发辐射也一定能发生。

6、关于爱因斯坦关系式,下列说法中错误的是 。
A、受激辐射速率正比于自发辐射速率
B、如果自发辐射能发生,则受激辐射也能发生
C、如果自发辐射不能进行,受激辐射也不能进行
D、受激辐射和自发辐射是没有关系的两个相互独立的发光过程

7、实现受激辐射光放大的必要条件是 。
A、光学正反馈条件
B、增益介质处于热平衡状态
C、光形成相干增长
D、集居数反转

8、热平衡的黑体辐射不包括以下 过程。
A、受激辐射
B、受激吸收
C、自发辐射
D、光放大

9、下面哪项不是形成激光振荡的必要条件?
A、有外界初始光入射到激光谐振腔
B、集居数反转
C、光的频率满足谐振腔驻波条件
D、光在腔内往返一周的相位滞后为2π的整数倍

10、激光必定具备的特性是 。
A、相干性好
B、亮度高
C、方向性好
D、传播距离远

11、金属中的光电效应在任何波长都能观察到。

12、自发辐射和受激辐射的跃迁选择定则一定相同。

13、实现集居数反转,不一定就能实现激光振荡。

14、处于热平衡状态的原子系统里,单位时间内发生受激辐射的原子数目与受激吸收的原子数目一样多。

15、在两面镜组成的法布里-帕罗腔里,其振荡频率与腔长成反比。

16、热平衡条件下,温度越高时黑体辐射的单色能量密度峰值对应的光波长越 。

17、激光器一般由谐振腔、 和泵浦源三个部分组成。

18、自发辐射的速率A21由原子的 决定。

19、光学正反馈条件是指光波在腔内任意位置出发,在腔内往返一周产生的相位是2π的整数倍,光学正反馈条件也可以表示为腔长等于 的整数倍。

20、激光具有很高的光子简并度,因此激光相对于普通光源一般都具有 、 相干性好、方向性好、亮度高的优点。

第一单元作业

1、对于长度为L、由两面镜组成的F-P腔,如果两个反射镜的反射相位不是π,而是Φ1和Φ2, 即E1r=Eirexp(-iΦ1), E2r=Eirexp(-iΦ2),激光振荡频率νq应该怎样修改?

第七章 激光锁模技术

第七章单元检测

1、在锁模过程中,要使各纵模相干叠加,形成锁模脉冲,不是必须具备的条件是 。
A、各纵模振幅相等
B、各纵模偏振方向相同
C、各相邻纵模之间具有固定的相位差
D、各纵模频率间隔相等

2、锁模激光器的输出脉冲的周期由下面 决定。
A、谐振腔的长度
B、参与锁模的模式数目
C、谐振腔的损耗
D、激光介质的增益线宽

3、锁模激光器的输出脉冲的峰值功率与纵模个数的 成正比。
A、倒数
B、一次方
C、平方
D、三次方

4、在时间域里,锁模激光可以看成 个光脉冲在腔内往返传播。
A、1
B、2
C、纵模数量
D、横模数量

5、在声光调制锁模激光器中,若损耗调制器紧贴腔镜放置且腔长为L, 光速为c, 则调制信号的角频率应设置为 。
A、2pc/L
B、pc/L
C、pc/2L
D、pc/4L

6、在电光相位调制锁模激光器中,若调制器紧贴腔镜放置且腔长为L, 光速为c, 则调制信号的角频率应设置为 。
A、2pc/L
B、pc/L
C、pc/2L
D、pc/4L

7、在被动锁模脉冲的形成过程,下列表述不正确的是 。
A、在非线性放大阶段,脉冲前后沿变陡,脉冲宽度减小
B、在非线性吸收阶段,大量的弱脉冲受到染料的吸收而被抑制掉
C、在线性放大阶段,振荡频谱加宽
D、从频域分析,激光振荡频率不断激发新的边频,使增益线宽内所有的模式都参与振荡

8、同步泵浦锁模激光器采用一台锁模激光器的脉冲序列泵浦另一台激光器,通过调制腔内 的方法获得锁模。
A、光子环程时间
B、光子寿命
C、增益
D、损耗

9、关于锁模激光器,下列哪一种说法是正确的 。
A、被锁定的模式数量越多,脉冲宽度越窄
B、被锁定的模式数量越多,脉冲峰值功率越低
C、被锁定的模式数量越多,脉冲周期越短
D、锁模的结果是使各纵模独立振荡,不互相影响

10、在振幅调制锁模过程中,以下哪种方法能减小脉冲宽度 。
A、增加调制频率
B、减小谐振腔损耗
C、选择增益线宽较窄的工作物质
D、选择上能级寿命较长的工作物质

11、对自由运转的多纵模激光器,其输出光强是各纵模的光强之和。

12、在相位调制锁模激光器中,只有那些在相位变化为零的时刻,通过调制器的光信号,在腔内保存下来,不断得到放大,从而形成脉冲序列。

13、在主动锁模激光器中,调制器应放到谐振腔的一端,紧贴镜面。

14、在染料被动锁模激光器中, 要求染料的载流子弛豫时间一定小于光在腔内往返一周的时间2L/c。

15、在染料被动锁模激光器中,染料的饱和光强比激光介质的饱和光强高。

第二章 开放光学谐振腔

第二章单元检测

1、稳定谐振腔是指 。
A、任一旁轴光线在谐振腔内往返无穷多次不会逸出腔外
B、谐振腔内的光场强度不随时间变化
C、谐振腔的几何结构不随时间变化
D、光场在谐振腔内往返一周自再现

2、单位体积内模式数目最少的腔是 。
A、黑体
B、三维金属空腔
C、二维矩形金属腔
D、法布里-珀罗腔

3、下列腔型中,肯定为稳定腔的是 。
A、凹凸腔
B、平凹腔
C、对称共焦腔
D、平凸腔

4、关于稳定球面腔与对称共焦腔说法错误的是 。
A、对称共焦腔与稳定球面腔都有无穷多个自再现模式
B、稳定球面腔与对称共焦腔有等价的自再现模式
C、对称共焦腔可等价为无穷多个稳定球面腔
D、稳定球面腔可等价为无穷多个对称共焦腔

5、关于谐振腔的等价,下列说法中错误的是 。
A、两个谐振腔等价是指它们具有相同的横模结构
B、两个等价谐振腔的谐振频率不相同
C、对任意稳定腔,可以找到唯一的一个对称共焦腔与其等价
D、对任意对称共焦腔,可以找到唯一的一个稳定腔与其等价

6、关于谐振腔的自再现模式,下面哪个说法是正确的?
A、自再现模式是在腔内能形成激光振荡的光场模式
B、自再现模式是指光场在腔内往返一周后其振幅和相位与原来一样
C、自再现模式与谐振腔的稳定性有关
D、自再现模式与激光激活介质的增益有关

7、关于谐振腔的品质因数,下列说法中正确的是 。
A、谐振腔的品质因数与光子寿命成正比
B、谐振腔的品质因数与平均单程损耗指数因子成正比
C、谐振腔的品质因数与无源腔本征模式带宽成正比
D、谐振腔的品质因数与腔长成反比

8、谐振腔中哪种损耗与模式的阶数有关? 。
A、腔镜不完全反射损耗
B、光学元件的插入损耗
C、材料中的非激活吸收损耗
D、衍射损耗

9、关于谐振腔和模式,下列说法中正确的是 。
A、非稳腔没有自再现模式
B、任意稳定腔,都可以找到一个对称共焦腔与之等价
C、等价的谐振腔是指他们的自再现模式完全相同
D、任意稳定腔的自再现模式一定是高斯光束或者高阶高斯光束

10、关于谐振腔的自再现模式,下面哪个说法是正确的?
A、自再现模式是在腔内能形成激光振荡的光场模式
B、自再现模式是指光场在腔内往返一周后其振幅和相位与原来一样
C、谐振腔的自再现模式与激光激活介质的增益有关
D、自再现模式与谐振腔的稳定性有关

11、自再现模式在光腔内往返一周后,光场的波阵面保持不变,但振幅要发生变化。

12、模式自再现只在稳定腔中才出现,非稳腔没有自再现模式。

13、任何一个稳定腔都有无穷多个本征模式。

14、对称共焦腔的自再现模式是基模和高阶高斯光束。

15、谐振腔的损耗与腔的稳定性没有关系。

16、模式自再现是指光波场在腔内往返多次后,其 趋近于一致。

17、对于对称共焦腔,其傍轴光线在腔内往返传输 次即可自行闭合。

18、谐振腔的稳定性条件是指旁轴光线能在谐振腔内往返无限多次而不会横向逸出腔外,其几何偏折损耗为 。

19、一个对称共焦腔可找到 个稳定腔与之等价。

20、非稳腔与稳定腔相比, 腔损耗更小。

第二章单元作业

1、今有一球面腔,R1=1.5m,R2=-1m,L=80cm。试证明该腔为稳定腔;求出它的等价共焦腔的参数;在图上画出等价共焦腔的具体位置。

2、第七版课本 P96. 16

3、第七版课本 P96. 17

4、选做 第七版课本 P96. 26

第三章 高斯光束及其特性

第三章单元检测

1、关于基模高斯光束的特点,下面描述不正确的是 。
A、基模高斯光束是稳定腔的自再现模式
B、基模高斯光束满足近轴近似条件
C、基模高斯光束经过任意无几何像差的光学系统后还是高斯光束
D、基模高斯光束在激光腔内往返传播时q参数保持不变

2、假设高斯光束的束腰在z=0处,当位置坐标z从0到正无穷逐步增大时,关于其波阵面的曲率半径描述正确的是 。
A、逐步减小
B、逐步增大
C、先减小后增大
D、先增大后减小

3、关于基模高斯光束经过ABCD光学系统变换后说法正确的是 。
A、传播过程中光斑尺寸逐步变大
B、传播过程中横截面光场保持高斯分布不变
C、传播过程中等相位面曲率半径一直减小
D、传播过程中光束能量逐步减小

4、不考虑非线性效应,以下选项中,不会影响激光聚焦光斑大小的是 。
A、光束发散角
B、激光光束的束腰半径
C、激光的功率
D、激光的波长

5、采用由两个透镜组成的倒装望远镜来进行高斯光束的准直时,为了得到尽量小的发散角,下面不合适的做法是 。
A、入射的高斯光束的束腰半径尽量大
B、第一个透镜采用尽量短的焦距
C、第二个透镜入射方的高斯光束束腰位于该透镜的物方焦平面位置
D、减小第二个透镜与第一个透镜的焦距比值

6、高斯光束经过任意ABCD矩阵描述的无几何像差光学系统后一定还是高斯光束。

7、高斯光束的束腰半径与发散角成正比。

8、高斯光束经过薄透镜变换前后,束腰的变化规律与几何光学透镜成像规律一致。

9、高斯光束是稳定腔的自再现模式,其在腔内往返一周后光场分布保持不变,没有衍射损耗。

10、高斯光束的q参数不一定是虚数。

第三章单元作业

1、有一稳定腔由两凹面镜M1和M2组成,M1镜曲率半径为r1=1 m, M2镜曲率半径为r2=1 m,腔长为L=0.5 m。请计算该谐振腔的自再现基模高斯光束在凹面镜M1上的q参数,并说明光腰的位置以及共焦参数大小。(可以附件图片形式上交!)

2、第7版教材 P26 10,16,17,26

第四章 光与物质相互作用及激光器的工作特性

第四章单元检测题

1、下列哪一项不属于均匀加宽 。
A、晶格缺陷加宽
B、晶格振动加宽
C、自然加宽
D、碰撞加宽

2、对于固体激光器,一定不存在的谱线加宽机理是 。
A、自然加宽
B、多普勒加宽
C、晶格缺陷加宽
D、晶格振动加宽

3、非均匀加宽物质的线性函数是 。
A、洛伦兹函数
B、高斯函数
C、线性函数
D、对数函数

4、关于原子辐射截面(发射截面),下面说法正确的是 。
A、原子辐射截面就是原子的尺寸大小
B、原子辐射截面与频率无关
C、原子辐射截面与受激辐射几率成正比
D、原子辐射截面与饱和光强成正比

5、关于增益饱和效应,下列说法中错误的是 。
A、增益饱和效应是指增益系数随光强的增加而减小的效应
B、对于特定原子,饱和光强是一个与原子发射截面成反比的常数
C、增益饱和效应在四能级系统和三能级系统中都存在
D、四能级系统比三能级系统更容易发生增益饱和

6、激活介质的增益系数与下列哪个参数有关 。
A、谐振腔的长度
B、光子数密度
C、入射光强
D、原子上能级寿命

7、关于模式竞争的说法,下面是不正确的的是 。
A、对于均匀加宽介质,各纵模之间一定存在竞争
B、对于非均匀加宽系统,各纵模之间不一定存在竞争
C、模式竞争与泵浦功率没有关系
D、模式竞争在脉冲激光和连续激光都存在

8、关于均匀加宽四能级激光器的输出功率,下列说法中错误的是 。
A、随小信号增益系数的增大线性增加
B、随泵浦功率的增加线性增加
C、随输出透过率的增大线性增加
D、与激光上能级寿命有关

9、激光在振荡输出时,下面说法正确的是 。
A、增益一定大于损耗
B、一定会存在模式竞争
C、受激辐射产生的光子数一定大于自发辐射产生的光子数
D、模式自再现一定发生

10、对于多普勒加宽工作物质,为了获得单模连续激光输出,下面做法不会有帮助的是 。
A、适当减小光腔长度
B、尽量抑制空间烧孔
C、适当增加镜面反射率
D、适当减小泵浦强度

11、在固体激光工作物质中,与温度不相关的加宽机制是 。

12、激光的线宽理论极限取决于 。

13、尖峰振荡(弛豫振荡)过程中,激活介质的粒子反转集居数在阈值附近,尖峰振荡限制了激光脉冲的 。

14、兰姆凹陷现象是多普勒加宽机制的激光器中出现的,当激光器单模输出时,凹陷最低点对应的振荡频率等于增益介质的 频率。

15、四能级和三能级的主要区别在于激光下能级,四能级阈值主要由 决定,而三能级阈值主要由激活介质总原子数决定。

第四章单元作业题

1、第七版课本 p134 8

第四单元作业题(题目更正)

1、画出二能级系统的能级图,标出相关跃迁过程,用速率方程讨论光泵浦下二能级系统能否实现激光。

第六章 激光调Q技术

第六章单元检测

1、在激光器弛豫振荡过程中,下面说法正确的是 。
A、增大泵浦脉冲的强度有助于提高激光脉冲的峰值功率
B、增大泵浦脉冲的强度有助于提高激光脉冲的能量
C、在弛豫振荡过程中,激活介质的增益一直等于光学损耗
D、在弛豫振荡过程中,不会产生增益饱和效应

2、下列关于调Q基本理论的说法,下面哪些是不正确的 。
A、初始反转粒子数密度越高,激光脉冲能量越高
B、初始反转粒子数密度越高,激光脉冲宽度越窄
C、初始反转粒子数密度越高,激光脉冲峰值功率越高
D、初始反转粒子数密度越高,能量利用率越低

3、调Q激光器中,下面那个做法有助于提高Q开关打开时的反转粒子数?
A、减少激光上能级寿命
B、减小泵浦强度
C、提高泵浦量子效率
D、提高激活介质的荧光效率

4、在调Q激光器中,Q开关打开的最佳时刻为 。
A、泵浦刚打开的时刻
B、泵浦强度达到最大值的时刻
C、反转粒子数达到极大值的时刻
D、激光脉冲达到峰值的时刻

5、在带偏振片的KDP纵向电光调Q装置中,其偏振片通光方向与晶体未加电场时主轴方向成0或90度角,通过在晶体上施加和撤去 电压从而实现调Q。
A、λ/4
B、λ/2
C、3λ/4
D、λ

6、在声光调Q激光器中,当换能器发出超声波并通过声光晶体时,激光器处于 状态。
A、高Q
B、低Q
C、低损耗
D、激光振荡

7、在声光调Q激光器中,对Q开关的描述不正确的是 。
A、一般采用驻波超声场
B、一般采用布拉格衍射工作方式
C、Q开关的衍射效率与超声场强度有关
D、声光Q开关一般用于增益较低的连续泵浦激光器

8、在染料被动调Q激光器中,调Q是利用有机染料的 特性实现的。
A、非线性吸收
B、线性吸收
C、非线性放大
D、线性放大

9、对于可饱和吸收体调Q激光器,下面说法正确的是 。
A、可饱和吸收体一定要紧贴镜面放置
B、可饱和吸收体的弛豫时间越短,输出脉冲能量越高
C、可饱和吸收体的饱和光强比激光介质的饱和光强高
D、通过提高可饱和吸收体的初始吸收率,可提高激光的输出峰值功率

10、以下哪种方法对提高主动调Q输出脉冲峰值功率没有帮助?
A、增加泵浦功率
B、增加谐振腔的插入损耗
C、减小Q开关的开关时间
D、适当增加激光上能级寿命

11、在调Q激光器中为了获得尽可能大的激光峰值功率,应该让激光上能级寿命尽可能大。

12、在染料被动调Q中,为获得快的开关时间,应该让染料的弛豫时间尽可能短。

13、调Q脉冲的光强下降沿过程主要由光学损耗决定。

14、脉冲透射式调Q在谐振腔低Q时储能,在高Q时释放能量形成脉冲输出。

15、调Q脉冲的脉宽极限由激光振荡的建立时间决定。

学习通激光原理与技术 2020学年春(邸志刚)

激光(Laser)是一种将电能、化学能、核能等其他形式的能量转化为光能并具有放大和聚束作用的一种光源,是一种高度单色、高度相干、高度直线偏振的光。

一、激光的基本特性

1.单色性:激光的单色性指激光的色散很小,即光的波长非常近似于单一的数值,可以用单一的频率表示。

2.相干性:激光的相干性是指激光的光波是高度相干的,即光的振幅和相位都是高度稳定的。

3.直线偏振性:激光的直线偏振性是指激光只有一种振动方向,即激光是一束完全偏振的光。

4.聚焦性:激光的聚焦性是指激光具有良好的聚焦能力,可以通过透镜等光学元件将激光聚焦成极小的光斑。

5.高强度:激光的能量密度非常高,可以在短时间内将物体加热到非常高的温度,甚至可以将物体瞬间蒸发。

二、激光的发展历程

激光技术是20世纪50年代初期发展起来的,最初的激光只有铷激光和氖激光。随着激光技术的不断发展,越来越多的激光被发现和应用。

70年代中后期,激光被应用于各种领域,如制造业、医疗、通讯、信息处理等。80年代中后期,激光在微电子学、半导体制造和纳米技术等领域的应用不断扩大。

21世纪以来,激光技术得到了广泛的应用,在材料加工、医学、信息技术、能源、环保等领域都有了重要的进展。

三、激光的应用

1.制造业:激光在制造业中有广泛的应用,如激光切割、激光焊接、激光打标、激光打孔等。

2.医学:激光在医学领域中有重要的应用,如激光手术、激光治疗、激光诊断等。

3.信息技术:激光在信息技术领域中有广泛的应用,如激光打印、激光扫描、激光传输等。

4.环保:激光在环保领域中也有应用,如激光去污、激光除尘、激光测量等。

四、激光的安全问题

激光在应用过程中存在一定的安全风险,如激光辐射、激光眼伤、激光火灾等问题。因此,在激光应用中需要采取相应的安全措施,如采用防护措施、设置安全警示标志、进行安全培训等。

五、总结

激光是一种高度单色、高度相干、高度直线偏振的光,具有良好的聚焦能力和高能量密度等特点,被广泛应用于制造业、医学、信息技术、环保等领域。在激光应用中需要注意安全问题,采取相应的安全措施。



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