第一章激光原理练习题

一、填空题（本大题共4个小题，每题3分，共12分）

1.光学谐振腔的稳定与否是由谐振腔的决定的。

2.平凹腔是由一块平面镜和一块曲率半径为R的凹面镜组成的光学谐振腔，

按照两镜之间距离可分为半共焦腔和。

3.一般情况下粒子数密度反转分布与的线型函数有关。

4.小信号粒子数密度反转与能级寿命有关。

二、选择题（本大题共4个小题，每题3分，共12分）

1. 粒子数密度反转分布的表达式表明了粒子数密度按照谐振腔内光波频率

分布，与有关。

A光强B饱和光强C中心频率D小信号粒子数密度反转

2.光学谐振腔的作用是。

A倍增工作介质作用长度提高单色光能密度

B控制光束传播方向。

C对激光进行选频

D改变激光频率

3. 饱和光强I s是激光工作物质的光学性质，不同物质差别很大,氦氖激光器

（632.8nm谱线）I s大约为。

A. 0.3W/mm2

B. 7.0W/mm2

C. 0.6W/mm2

D. 0.5W/mm2

4.平凹腔按照两镜之间距离可分为。

A半共焦腔

B半共心腔

C共焦腔

D共心腔

三、简答题（本大题共4个小题，每题5分，共20分）

1.请解释增益饱和的物理意义。

2.请解释什么是不稳定腔。

3.什么是平行平面腔？

4 .请解释粒子数密度反转分布值的饱和效应。

四、计算题（本大题共4个小题，共56分）

1.四能级激光器中，激光上能级寿命为τ3 =10-3 s，总粒子数密度n0 =3×108m-3 ,

当抽运几率达到W14 =500/s时，求小信号反转粒子数密度为多少？(10分）

2.某激光介质的增益系数G=2/m，初始光强为I0 ，求光在介质中传播z=0.5m

后的光强。（不考虑损耗与增益饱和）(14分）

3.激光器为四能级系统，已知3能级是亚稳态能级，基态泵浦上来的粒子通

过无辐射跃迁到2能级，激光在3能级和2能级之间跃迁的粒子产生。1能级与基态（0能级）之间主要是无辐射跃迁。

（1）在能级图上划出主要跃迁线。

（2）若2能级能量为4eV，1能级能量为2eV，求激光频率；(16分）

4.求非均匀加宽激光器入射强光频率为

101

ννν

=-?,光强为

I I

=时，该强光大信号增益系数下降到峰值增益系数的多少倍？(16分）

一、填空题

1. 几何形状

2. 半共心腔

3. 激光工作物质

4. 抽运速率

二．选择题

1．ABCD 2.ABC 3. A 4. AB

三．简答题

1．介质中粒子数密度反转分布值因受激辐射的消耗而下降，光强越强，受激辐射几率越大，上能级粒子数密度减少得越多，使粒子数密度反转分布值下降越多，进而使增益系数也同时下降，直到达到饱和光强，光放大过程停止。

2．在腔中任意一束傍轴光线不能够经过两个球面反射镜的曲率半径任意次往返传播不逸出腔外的谐振腔。

3．是一种临界稳定腔，能够保证截面平行于反射镜面的光束在反射镜间传播不逸出。（临界腔）

4．当腔内光强I=0（即小信号）时，粒子数反转分布0

n n ?=?最大。当腔内光强的影响不能忽略时，n ?将随光强的增加而减小。

四．计算题

1 题. (10分）

解: 激光上能级向下能级自发跃迁几率为上能级寿命的倒数

332331110/10

A s τ-=== 由四能级系统小信号反转粒子数计算公式有

2题 (14分）

883

140143250031010/5001000W n n m W A ?==??=++

解: 由增益系数计算公式

01ln I G z I = 可以得到光强计算公式为

0z G

I I e =

因此，

20.50002.718I I e eI I ?===

3题 (16分）

解:（1）在图中画出

（2）根据爱因斯坦方程

21h E

E ν=-

得

4题 (16分）

解 : 非均匀加宽强光大信号增益系数计算公式为

()

102

14ln 21(,)31i m H s

G I e I I

ννν

νν--?=+

将

1ln 2

11(,)22431m

m m H s G G

G I e I I

νν--==?=+

()19

1521

3442 1.610

0.4829106.62610E E Hz

h ν---??-===??