光电子技术(2 )上篇："激光技术”习题
1、在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1/4波片，它的
轴向应该如何设置为佳?若旋转1/4波片它所提供的直流偏置有何变化？
2、为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z切割的KD*P晶体连接(光路串
联，电路并联)成纵向串联式结构。
试问:(1)为了使4块晶体的电光效应逐块舂加，各晶体 x 和 y 轴取向应如何孑⑵若 A = 0.628/血,坯=1.51,/63 =
23.6x 10"%/V,计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之.
3、试设计一种装置,如何检验出入射光的偏振态(线偏光椭圆偏光和自然光)，
并指出是根据什么现象?如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？
4、一铝酸铅(PhMoO,)声光调制器，对He-Ne激光器进行调制。
已知声功率P s =
1W,声光互作用长度L = \.8mm，换能器宽度H = 0.8讪,= 36.3X 10川芒• kg"，试求铝酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。
5、在锁模激光器中，工作物质为YAG,2 = 1.06/^/棒尺寸0)4x50〃〃”,腔长
L = 0.75//?, fm =选择熔凝石英(n二1.46)作声光介质，声速
匕=5.95 X105C/»/5,采用布拉格衍射，驻波形式，设计声光锁模调制器的尺寸, 并求出布拉格角。
6、有一带偏振棱镜的电光调Q YAG激光器，试回答或计算下列问题：
(1)画出调Q激光器的结构示意图，并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的
相对方向。
⑵怎样调整偏振棱镜的起偏方向和晶体的相对位置才能得到理想的开关效果？
(3)计算 1/4 波长电压V2/4(/ = 25mmjt a = n e = 1.05,/63 = 23.6xlO~l7m/V).
7、声光调Q为什么运转于行波工作状态，一般只适用于连续激光器的高重复频率运行?加到电声换能器上的高频信号还要用频率为f的脉冲电压进行调制？8、当频率人=40MHz的超声波在熔凝石英声光介质(n二1.54)中建立起超声场(v, = 5.96 x lOS/s)时，试计算波长为2 = 1.06“〃的入射光满足布拉格条件的入射角&。
9、一个声光调Q器件(L = 50〃?〃?, H = 5mm)是用熔融石英材料做成，用于连续
YAG激光器调Q。
已知激光器的单程增益为0.3,声光器件的电声转换效率为
40%,求：
(1)声光器件的驱动功率人应为多大？
(2)声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率应为多少？
10、在红宝石调Q激光器中，利用KDP纵向运用型式,KDP晶体
/63=10.3xl0-,2/n/V,n o= 1.512,求出匕。
如果采用 LN 横向运甩”2=3・4X10-
S/U,® =2.286,求出当选取什么样的尺寸比例〔时丄N的
d
半波电压是KDP半波电压的1/2 ?［〃-晶体加压方向尺寸〃-通光方向尺寸］11、考虑一多纵模激光器，在频域可用一分布函数代替各纵模等振幅的条件，
用积分近似求和方法得到的输出光脉冲在时域上是高斯分布。
求证在频域上它的频谱也是高斯分布，并求出线宽Au (频谱半功率点的全宽)与脉宽(光强半功率点的全宽)的关系。
12、掺妆辂铝石榴石激光器，线宽△人=120GHz ,腔内插入覩酸锂调制器，尺
寸是5mmx5mmx20mm ,腔长50cm,腔的总损耗为0.05。
当晶体上加有效值200V的正弦调制电压时，晶体X轴通光,z向加电压，问光的电矢量振动方向沿y轴和沿Z轴方向时,锁模脉宽各为多少？
13、有一多纵模激光器纵模数是1千个，激光器的腔长1.5m,输出的平均功率
为1W ,认为各纵模振幅相等。
(1)试求在锁模情况下,光脉冲的周期、宽度和峰值功率各是多少？
⑵采用声光损耗调制元件锁模时，调制器上加电压V(/) = V…_ C os(co m t),试问电
压的频率是多大？，
14、有一掺妆铅铝石榴石激光器,振荡线宽(荧光谱线中能产生激光振荡的范
ffl)A^. = 12xlO lo/7z ,腔长L二0.5m ,试计算激光器的参量:⑴ 纵模频率间隔;(2) △入内可容纳纵模的数目；(3)假设各纵模振幅相等,求锁模后脉
冲的宽度和周期；(4)锁模脉冲及脉冲间隔占有的空间距离。
15、掺妆铅铝石榴石激光器，采用KDP晶体损耗调制锁模,z轴加电压z轴通光，
调制电压的有效值是200V,若腔长L二60cm。
(1)试画出腔内调制元件的放置方法,并标出KDP晶体的主轴坐标。
(2)试求调制电压的周期和晶体的单程相位延迟。
16、在谐振腔中部L/2处放置一损耗调制器,要获得锁模光脉冲,调制器的损耗
周期T应为多大？每个脉冲的能量与调制器放在紧靠端镜处的情况有何差别？
17、WS铝石榴石激光器的光学长度为40cg单程总损耗系数3=0.1,由损耗调制
锁模，调制深度m二02已知增益线宽190GH乙试求相应的锁模脉宽。
18、_台锁模激光器，腔长L二lm,假设超过阈值的所有纵模被锁定,
(1)若工作物质是红宝石,棒长z =10cm, n=1.76, △血=0.5nm,
2=694.3nm o
⑵若工作物质是妆玻璃,棒长？二10cm, n=1.83, =28nm, 2二1.06““。
(3)若是 He-Ne 激光器,2100cm, =2xlO_3nw, 2=632.8nm o分别求
A
出输出的脉冲宽度，脉冲间隔及模式数？从计算的结果可以得出什么结论？
(4)如果采用KDP纵向运用，试求出在振幅、相位两种调制型式时，夕卜加调制
信号的频率是多少？并画出结构原理图。
19、一台Nd:YAG 锁模激光器,腔长L 二1.5g 图习题3-1所示的结构是否处 于最佳理想运转状态？一台理想的锁模激光器，输出的激光具有什么特 点？调制信号:V = V…_ cos(^,…r), 6y…,=2^x5xlO 7 , LN 横向运用 f X 向加 场，z 向通光,P//x(y)。
20、一台Nd:YAG 锁模激光器,KDP 纵向运用，偏振器的振动方向与KDP 晶 体的感
应主轴*$)平行，加在晶体上的调制信号V = V iit sin^lllt ),调制频 率为55X 106H Z ,腔长L 二1.5m,,其结构如图习题3-2所示。
试判定上述 结构是否合理？为什么?
21、 回答下列问题：
(1) 试比较染料及钛宝石锁模激光器的异同点。
(2) 钛宝石晶体中的"FOM"值的重要性何在？
(3) 自锁模钛宝石激光器的机理是什么?
22、 试分析小信号和大信号通过放大器之后的特点(分析三种情况下能量增益
公式的物理意义)。
23、一个6943〃“的矩形光脉冲信号输入红宝石激光放大器，已知信号满足
2叫r = 1 ,放大器介质的长度L = 2/^l()o 试求脉冲经过放大器后前沿和后
沿
图 ^0 3-1
的功率増益各为多少？
24、一个 YAG 激光放大器，=6xlO p c/?r5 , a l2 = 5xl0-19c/z?-2，对一矩形光脉
冲放大，已知光束截面是0.5cm2 ,光子能量/n/ = 1.86xl0~ly J ,脉宽为10/75 ,能量为50///J ,若要求放大到200〃〃，试求放大介质的长度应为多少？
25、为什么同一横模，当菲涅尔数N越大，损耗越大？为什么同一 N值模的阶
次越高，损耗越大？
26、妆玻璃激光工作介质，其荧光线宽△仏= 24.0讪,折射率“ = 1.50 ,若用
短腔选单纵模,腔长应为多少？
27、一台红宝石激光器,腔长厶= 500〃“",振荡线宽厶v D=2.4xlO,o/7z ,在腔
内插入F-P标准具选单纵模(n = l ),试求它的间隔〃及平行平板的反射率心
28、设圆形镜共焦腔长L = \m .试求纵模间隔△岭和横模间隔4△匕。
若振荡
阈值以上的增益线宽为60MHz ,试问：是否可能有两个以上的纵模同时振荡？是否可能有两个以上的不同横模同时振荡？为什么?
29、为了抑制高阶横模，在一共焦腔的反射镜处放置一个小孔光阑,若腔长厶
为,激光波长2为632.8〃“。
为了只让TEMg模振荡，小孔的大小应为多少？(一般小孔直径等于镜面上基模光斑尺寸的3〜4倍)。
30、有一方形孔径共焦腔居-恥激光器,腔长L = 30cm ,直径d = 2xi =
0A2cm ,激光波长A = 0.6328//W ,镜的反身寸率斤=1,巧=0.96 ,其他损耗
已忽略，问此激光器能否做单模运转？如果想在公焦镜面附近加一个方形小孔光阑选择TEM("模，小孔的边长应为多大？( He-Ne的增益由公式exp(G/) = 1 + 3x10"4£计算)。