激光原理技术与应用习题解答

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1、习题I1、He-Ne激光器八0.63如,其谱线半宽度△芯io-?如，问A2/2为多少？要使其相干长度达到1000m,它的单色性42/2应是多少？A210~12解：~T~~0^63厶=cq=。丄=2-相干°况AAAA_A_2厶相干2、He-Ne激光器腔长L=250mm,两个反射镜的反射率约为98%,其折射率产1,已知Ne原子2=0.6328如处谱线的Avf=1500MHz,问腔内有多少个纵模振荡？光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽“约为多少？c3x1O10asAv,=——=——=6xsHz=600MHz解：q27]L2x2

2、5Avf=2.5T75T==—=4.17xIO-8s(l-7?)c(1-0.98)x3x10'°8vc=―1—-=2.4x1077/z=24MHz2titcL3、设平行平面腔的长度L=lm,一端为全反镜，另一端反射镜的反射率7=0.90,求在1500MHz频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度?解:c3x1O10Av(1-R)cL4、已知CO2激光器的波长2=10.600处光谱线宽度A*=150MHz,问腔长L为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率〃=1）。解：%3莎"顽5、Nd3—YAG激光器的1.06如波长处光谱线宽度=1.95x

3、105MHz,当腔长为10cm时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少?解.Av=丄=3x10=]5x2MHz鮮・⑴2〃厶2x10t=13°(1—R)c6、某激光器波长几=0.7如，其高斯光束束腰光斑半径4=°-5mm。①求距束腰10cm>20cm、100cm时，光斑半径e(z)和波阵面曲率半径R⑵各为多少？②根据题意，画出高斯光束参数分布图。解：对共焦腔有：57、He-Ne激光器波长2=0.6328“〃，采用平凹腔，其中凹面反射镜R=100m时：①分别计算当腔长为10cm、30cm、50cm、70cm、100cm时两个反射镜上光斑尺寸

4、W平和W凹。②根据题意，画出光斑尺寸W平和W凹随腔长L变化曲线。解：2£L（R—厶）（尺2—L）（R+A?—厶）©=（幼）（尺+尺2-2L）2丄47?2—厶LR、—L7?

5、+7?2—L010=（—I71e二厶2RJ如0_R、—LLR°—LR、十7?2—L=°°,R2=Rr2-lR、_L&+7?2一LJ1©0=（―尺2）2兀R、_LL、兀丿j_4丄［（尽-厶）厶FIS丫、兀丿

6、争。解：10、说明选单模(横、纵)的意义和方法。解：选单横模的意义:提高光束质量，包括单色性、方向性、相干性、亮度等，重要的是获得稳定的锁模激光和好的激光聚焦光束，进行时间空间分辨应用。精细激光加工：光斑直径=透镜焦距*发散角。超强超快激光应用；激光通信、雷达、测距等，希望作用距离大，发散角小。选单横模的方法：加小孔光栏；谐振腔结构。选单纵模意义：单频激光应用，稳频应用，高相干性和单色性，时间(时钟)标准等。精密干涉测量，全息照相，高分辨光谱等要求单色性、相干性高的单频光源。选单纵模方法：(1)色散腔粗选频率:釆用棱镜，光栅色散；(2)短腔法

7、：纵模间距越大越好；(3)F・P标准具法：不同的波长有不同的透射率；(4)复合腔法(相当于短腔)；(5)利用Q开关选单纵模，关时：只有单纵模在阈值附近起振；开时：输出单纵模。11、枚玻璃激光工作物质，其荧光线宽AAd=24.0nm,折射率n=1.50,若用短腔选单纵模，腔长应为多少？解：纵模间距2厂盘厂*人血L<才1丁A2dIn12、画出Nd+3-YAG的能级图。解:13、试从能级结构上分析钛宝石激光器的可调谐性。解:14、列举激光输出波长在可见光范围内的激光器，并指出各个波长所对应的颜色。解：氮离子激光器：514・5nm,488・0nm,紫

8、夕卜He-Ne气体激光器:632.8nm红宝石激光器:694nm准分子激光器：紫外Rh6G染料激光器：570-630nm部分半导体激光器：GaN基，ZnO基Kr离子激光器:氨镉激光器:紫外15、列举输出波长在红外波段的激光器。解：Nd+3:YAG激光器Nd+3:YVO激光器Nd+3:Glass激光器CO?气体激光器Ti+3:Sapphire激光器Cr+3:LISAF激光器He-Ne气体激光器部分半导体激光器：GaAs基部分稀土光纤激光器自由电子激光器16、半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs材料的Eg=1.43eV某

9、一InGaAs材料的Eg=0.96eV,求它们的发射波长。解:-hv-heT17、说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量（泵