激光原理第六版思考题

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1、《激光原理》复习思考题第一章：1、LASER英文名称的含义是什么？激光是何时发明的？受激发射实现光放大（激光）。I960年梅曼世界上第一台红宝石激光器2、激光的基木特性是什么？单色性：指光强按频率的分布状况，激光的频谱宽度非常窄。相干性：时间相T•性和空间相干性都很好。方向性：普通光向以面八方辐射，而激光基本沿某一直线传播，激光束的发散角很小。高亮度：在单位面积、单位立体角内的输出功率特别大3、激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？激光器基木组成包括：工作物质、谐振腔和泵浦系统三人部分。工作物质是激光器的核心。谐振

2、腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的反馈。泵汕系统为实现粒了数反转提供外界能量4、什么是黑体辐射？写出Pkmck公式，并说明它的物理意义。黑休辐射是黑体温度7和辐射场频率v的函数，丿IJ单色能量密度p一來描述：在单位休积内，频率处于v附近的单位频率间隔中的电磁辐射能量（Jm-3-s）o黑体辐射的普朗克公式厂8^/zv31Pv=Env=—3乔—c—严一15、什么是光波模式和光子态？在自由空间，具有任意波矢的单色平面波都可以存在。但在一个有边界条件限制的空间V内，只能存在一系列独立的具冇特定波矢k的平面单色驻波。这种能够存在于

3、腔内的驻波（以某一波矢k为标，忐）称为电磁波的模式或光波模。一个光波模在相空间也占有一个相格。因此，一个光波模等效于一个光子态6、如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度、相干面积和相干休积？光的相干性（在不同的空间点上、在不同时刻的光波场的某些特性的相关性。光场的和干函数來度量）。如果在空问体积Vc内各点的光波场都具有明显的相干性，则％•称为相干体积。Vc=AcLcfAc-相干面积，厶c-相干长度，相干时间tc是光沿传播方向通过相干长度Lc所需的时间。Lc=crc7、什么是光子简并度？处于同一光了态的光了数称为光了简并

4、度。具有以下几种相同的含义：同态光了数、同一模式内的光子数、处于相T•体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。8、激光的棊本物理基础是什么？光与物质的共振相互作川，特别是其中的受激辐射是激光器的物理棊础9、描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁儿率。光跃迁屮将同时存在着光的自发辐射、受激吸收和受激辐射三个过程。1自发辐射过程：特点：1）自发产生；2）辐射是独立的。自发跃迁儿率％二严2）］2受激吸收过程：特点：非自发的，有外來光照射；减弱光的强度。復激吸收跃迁儿拠2dtn3受激辐射过程：特点：非白发的，侑外来

5、光照射；增强光的强度；与原光了性质、状态完全和同。受激辐射跃迁儿率也严（鲁人10、Einstein系数有哪些？他们之间的关系是什么？A21：自发跃迁爱因斯坦系数。B12只与原子性质有关，称为受激吸收爱因斯坦系数。B21只与原子性质有关，称为受激辐射爱因斯坦系数。爱因斯坦系数的基本关系式=-=nvhvB]2f{=B2if2B21c11、什么是热平衡时能级粒子数的分布？热平衡条件下，物质原子数分布服从玻尔兹曼分布，“2（或川）保持不变，即从能级E2跃迁到能级£1的粒子数应等于从能级£1跃迁到能级E2上的粒子数12、产生激光的必

6、要条件是什么？只有当外界向物质供应能量（称为激励或泵浦过程）从而使物质处于非热平衡态时，粒子数反转分布才有可能实现。激励（或泵浦）过程是光放大的必要条件13、什么是粒了数反转？如何实现粒了数反转？要使激光物质能对光进行放人，必须使物质屮的受激辐射人丁受激吸收，或者说必须使高能级的粒子数大于低能级的粒子数——即要实现“粒子数反转分布只有当外界向物质供应能量（称为激励或泵浦过程）从而使物质处于非热平衡态时，粒了数反转分布才冇可能实现。-般釆用光激励、放电激励、化学激励等方法14、如何定义激光增益？什么是小信号增益？什么是增益饱

7、和？（可结合第四章内容）放大作川的人小通常川增益系数g來描述。设在光传播方向上z处的光强为/⑵，则增益系数定义为表示光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数_dl（z）1g_dz/⑵/0为z二0处的初始光强属于小信号增益情况。光强的增加是由于高能级原子向低能级受激跃迁的结果，或，光放大是以单位体积内集居数差值也⑵“1⑵的减小为代价的。并且，光强/越人，也⑵"1⑵减少得越多，所以实际上血⑵〒1⑵随Z的增加而减少，增益系数也随Z的增加而减少，这i现象称为增益饱和效应。15、什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？由于在腔内总

8、是存在频率在v附近的微弱的自发辐射光（和当于初始光强/0）,它经过多次受激辐放人就有可能在轴向光波模上产牛光的白激振荡。激光器是一个光的自激振动器。振荡条件：任意小的初始光强/（）都能形成确定人小的腔内光强Im的条件几=（”-&）¥〉0

9、〉gO16、如何理解激光的空间相干性与方向性？如何理解激光的时间相