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(完整版)哈工大激光原理考研试题

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哈尔滨工业大学
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二O—O年硕士研究生入学考试试题
考试科目:激光原理报考专业:物理电子学
考试科目代码:[817 ] 是否允许使用计算器:[是]
考生注意:答案务必写在答题纸上,并标明题号。

答在试题上无效。

物理常数:
真空中光速c=3x 108[m/s]
普朗克常数h=6.626x 10-34[j?s]
电子电荷e=1.6x 10-19[c]
玻耳兹曼常数k=1.38 X0-23 [J/K]
一•填空(每空2分,共40分,按(1)、(2)……(20)顺序写在答题纸上)
1 •频率为v温度为T的黑体辐射光源的光子简并度n=[ (1)],模密度n v= [ (2)]
2. 红宝石激光器常用的发射波长为[⑶]nm ,其激光形成过程包括:Cr3+的受激吸收、
[(4)]、粒子数反转状态的形成、[(5)]、受激发射、在谐振腔的作用下产生激光。

3•增益饱和的物理机制为:当激光腔内光强I v增加时,由于强烈的受激发射导致[⑹] 减小,致使增益系数下降。

均匀加宽工作物质的增益饱和为增益曲线[(7)];非均匀加宽工作物质的增益饱和为增益曲线[(8)]。

4•若某激光器的损耗系数为0.1cm-1,贝U达到激光振荡的阈值条件时增益系数G二
第2页[(9) ] cm-1;当四能级系统的受激发射截面为5X10-15cm2时,激光上能级粒子数密
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度阈值n3t〜(10) ]cm-3。

5•无源腔损耗描述参数中,光子的平均寿命T R与平均单程损耗因子S 的关系式为:[(11)],品质因数(Q值)与光子的平均寿命T R的关
系式为:[(12)]
6. 某高斯光束焦参数为f=1m,将焦距F=1m的凸透镜置于其腰右方l=2m处,计算经透
镜变换后的像光束的焦参数f为[(13)]及其腰距透镜的距离I为[(14)]。

7. 任意一个共焦球面腔与[(15)]个稳定球面腔等价;任一满足稳定性条件的球面腔
[(16)]等价于某一个共焦腔。

8. 选横模的物理基础是:不同横模的[(17)]损耗不同,高阶横模比基模损耗[(18)],
以此来抑制高阶横模,而只保留TEM 00模。

9. 激光工作物质的净增益线宽内包含有(2N+1)个纵模,假设各个纵模振幅均相等为E o,
如果锁模输出,其两个主脉冲(极大值)之间的时间间隔为[(19)],锁模脉冲宽度为[(20)]。

二.简要回答下列问题(每题4分,共40分)
1. 原子的受激发射概念、受激发射系数和受激发射几率之间的关系式。

2. 什么是激光?与荧光光源相比激光有哪些特性?
3. 三能级系统的缺点。

4. 激光为什么具有很好的单色性?
5. 原子谱线非均匀加宽的特点、类型和线型。

6. 均匀加宽激光器中模的竞争概念。

7. 简述描述高斯光束的(f,z)参数、(3,R)参数、q参数之间的关系
8. 简述激光行波放大器设计中要重点考虑的几个问题。

9 .声光调Q工作原理。

10. 什么是饱和吸收稳频。

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1 X108S -1,能级的平均寿命 T 2为0.1
无辐射跃迁S 21为激发速
率W 14的5倍,激光上下能级的统计权重相等;激光上能级的粒子数密度是激光
S 43>>W 14假设E 4能级上粒子数密度为0,计算反转粒子数密度
四.已知CO 2激光器的波长为10.6呵,已知CO 2的分子量为44,气体的温度为704K , 激
光上下能级统计权重相等。

(15分)
(1) 热平衡状态下,激光上能级的粒子数为 n 3,激光下能级的粒子数为n 2,计算 In n 3
值;
(2) 计算谱线的非均匀加宽?V;
(3) 如果自然加宽谱线宽度为 2MHz ,碰撞加宽谱线宽度为5MHz ,试判断该激 光器是否可能采用兰姆凹陷稳频,并说明理由。

五.试推导出近轴光线在对称共焦腔中往返两次的光线传播矩阵,并分析其稳定性
(10 分)
•光泵浦的四能级系统的跃迁如图所示。

已知激发速率 W 14为
下能级的2倍,腔内只存在一个I 振荡模, 考虑光的损耗。

(20分)
(1) 根据能级图列出完整的速率方程组; (2) 计算受激发射几率W 32和受激吸收几率 W 23的大小;
(3) 各能级总粒子数密度为8X 1015cm -3,根据
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六•画图说明什么是虚共焦非稳腔;求出其共轭像点,并说明其自再 现波形特点。

(10
分)
七.设高斯光束的共焦参数为f ,在过束腰且垂直于光束对称轴 Oz 的直线上取A 、B 两点
并使AO = BO = f 。

证明:若以轴线上任一点P 处的高斯光束的波阵面曲率半 径为直径作圆,此圆必定过 A 、B 两点。

(15分)。

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