激光原理简答1

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1、1. 简述用扫描干涉仪确定激光器输出光中纵横模的原理。 答：共焦球面扫描干涉仪是一个无源谐振腔。由两块球形凹面反射镜构成共焦腔,既两块镜 的曲率半径和腔长相等，R1=R2=L。反射镜度有高反射膜。两块镜中的一块是固定不变的， 另一块固定在可随外加电压而变得电压陶瓷环上。改变腔长L或改变腔内折射率n,就可以使 不同波长的光以最大的透射率透射，实现光谱扫描。从而使各个激光模式依次通过干涉仪， 由光电接收器转换成电信号，并连接到示波器观察。从而荧光屏上即显示出透过干涉仪的激 光模式。2. 简述电光调Q技术的原理，框图及调节Q开关注意问题。答：调Q原理：通过某种方法使谐振损耗按照规定的程序变化，在泵浦

2、激励刚开始时，先使 光腔具有高损耗，激光器由于阈值高而不能产生激光振荡，于是亚稳态上的粒子数便可以积 累到较高的水平。然后在适当的时刻，使腔的损耗突然降低，阈值也随之突然降低，此时反 转集居数大大超过阈值，受激辐射极为迅速地增强。在极短时间内，上能级储存的大部分粒 子的能量转变为激光能量，在输出端有一个强的激光巨脉冲输出。电光调Q：利用晶体的普克尔效应来实现损耗突变。 注意问题：激光器输出的光能量高、功率密度大，应避免直射到眼睛。避免用手接触激 光器的输出镜，晶体的镀膜面，膜片应防潮，不用的晶体，输出腔片用镜头纸包好，放在干 燥器里。3. 简述非均匀加宽工作物质增益饱和的“烧孔效应”及特性。

3、答：入射光强与饱和光强可比拟时，入射光强增加，增益系数减少。这就是非均匀加宽情况 下的增益饱和现象。增益曲线的烧孔效应：在非均匀增宽型介质中，频率为、强度为I的光波只在 附近宽度约为 的范围内有增益饱和作用。增益系数在 处下降的现象称为增益系数的 “烧孔”效应。空间烧孔效应：当频率为v的纵模在谐振腔内产生稳定振荡时，腔内就会形成驻波场， 波腹处的光强最大，波节处的光强最小。频率为v的模在腔内的平均增益系数为g,但轴向上 各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数最小，波节处增益系数最大，这一 现象为增益的空间烧孔效应。4. 简述锁模技术及其方法。 答：锁模：使光束中不同的振荡纵模具有确

4、定的相位关系，各个模式相干叠加得到超短脉冲。主动锁模：可分为振幅调制锁模和相位调制锁模。 被动锁模：在谐振腔中插入一薄层饱和吸收体（如染料盒）构成被动锁模激光器，饱和吸 收体的透过率与光强有关。5. 简述影响激光器输出模式的因素，如何采用实验方法确定激光器输出中包含的模式和特 性。答：影响输出模式的因素：（1）谐振条件：光在谐振腔内往返一周的光程差应是波长的整 数倍，即2nL = q入q。每一个q对应纵向一种稳定的电磁场分布入q,叫一个纵模。（2）增益大于各种损耗的总和。（3）放电管的直径：放电管直径越大，可能出现的横模个数越多。 可以通过扫描干涉仪确定激光器输出光中的纵横模。6简述常见的纵模

5、选择技术及其特点。 答：（1）短腔法：缩短谐振腔长度，可增大相邻纵横间隔，以致在荧光谱线有效宽度内， 只存在一个纵模，从而实现单纵模振荡。（2）行波腔法：采用环行腔，并在腔内插入一个只允许光单向通过的隔离器，则可形成无 空间烧孔的行波腔，从而实现单纵模振荡。(3)选择性损耗法：若在腔内插入标准具或构成组合腔则由于多光束干涉效应，谐振腔 具有与频率有关的选择性损耗，损耗小的纵模形成振荡，损耗大的纵模则被抑制。 7.简述谐振腔内模式竞争过程与结果。结果：几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心额率vO的一 个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭。8简述频率牵引现象形成

6、的过程。 答：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这 种现象叫做频率牵引。9. 简述弛豫震荡形成的过程。 答：固体脉冲激光器所输出的并不是平滑的光脉冲，而是一群宽度只有微秒量级的短脉冲序 列，即所谓尖峰”序列。激励越强，则短脉冲之间的时间间隔越小。称作弛豫振荡效应或 尖峰振荡效应。10. 简述调Q技术的原理和方法。答：原理：在泵浦激励过程中，工作物质中反转集居数密度增加到阈值时就产生激光。超过 阈值时，受激辐射增强，上能级粒子数大量消耗，反转集居数迅速下降，到低于阈值时，激光振荡迅速衰减。方法：转镜调Q、电光调Q声光调Q与染料调Q等。11.说明一般稳定球面

7、腔与对称共焦腔的等价性。1)f 2R = R(z ) = -(z + )111 z1f 2R = R(z ) = +(z + )2 2 2L = z - z21答：f2+zzz2可以证明:+八可得：0 gg 1f 2 + z z1 2所以，任一对称共焦腔( f )等价于无穷多个稳定球面腔(2)由稳定球面腔的(R1，R2, L ),求出(zl,z2)及等价对称共焦腔参数(f )为上 L (R L)( R L)( R + R L) f 2 1212L (L R ) + (L R )212当R1，R2,L满足稳定性条件时，可得厂20,所以，任一稳定球面腔(R1，R2， L)等价 于唯一的一个对称共焦

8、腔f.z L ( R L )z1z ( L R L) (+R ( L L )R )2( L R1 ) + ( L R2 )121简述用扫描干涉仪确定激光器输出光中纵横模的原理。 答：共焦球面扫描干涉仪是一个无源谐振腔。由两块球形凹面反射镜构成共焦腔,既两块镜 的曲率半径和腔长相等，R1=R2=L。反射镜度有高反射膜。两块镜中的一块是固定不变的， 另一块固定在可随外加电压而变得电压陶瓷环上。改变腔长L或改变腔内折射率n,就可以使 不同波长的光以最大的透射率透射，实现光谱扫描。从而使各个激光模式依次通过干涉仪， 由光电接收器转换成电信号，并连接到示波器观察。从而荧光屏上即显示出透过干涉仪的激 光模

9、式。2. 简述电光调Q技术的原理，框图及调节Q开关注意问题。答：调Q原理：通过某种方法使谐振损耗按照规定的程序变化，在泵浦激励刚开始时，先使 光腔具有高损耗，激光器由于阈值高而不能产生激光振荡，于是亚稳态上的粒子数便可以积 累到较高的水平。然后在适当的时刻，使腔的损耗突然降低，阈值也随之突然降低，此时反 转集居数大大超过阈值，受激辐射极为迅速地增强。在极短时间内，上能级储存的大部分粒 子的能量转变为激光能量，在输出端有一个强的激光巨脉冲输出。电光调Q：利用晶体的普克尔效应来实现损耗突变。 注意问题：激光器输出的光能量高、功率密度大，应避免直射到眼睛。避免用手接触激 光器的输出镜，晶体的镀膜面，

10、膜片应防潮，不用的晶体，输出腔片用镜头纸包好，放在干 燥器里。3. 简述非均匀加宽工作物质增益饱和的“烧孔效应”及特性。 答：入射光强与饱和光强可比拟时，入射光强增加，增益系数减少。这就是非均匀加宽情况 下的增益饱和现象。增益曲线的烧孔效应：在非均匀增宽型介质中，频率为、强度为I的光波只在 附近宽度约为 的范围内有增益饱和作用。增益系数在 处下降的现象称为增益系数的 “烧孔”效应。空间烧孔效应：当频率为v的纵模在谐振腔内产生稳定振荡时，腔内就会形成驻波场， 波腹处的光强最大，波节处的光强最小。频率为v的模在腔内的平均增益系数为g,但轴向上 各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数最小

11、，波节处增益系数最大，这一 现象为增益的空间烧孔效应。4. 简述锁模技术及其方法。 答：锁模：使光束中不同的振荡纵模具有确定的相位关系，各个模式相干叠加得到超短脉冲。主动锁模：可分为振幅调制锁模和相位调制锁模。 被动锁模：在谐振腔中插入一薄层饱和吸收体（如染料盒）构成被动锁模激光器，饱和吸 收体的透过率与光强有关。5. 简述影响激光器输出模式的因素，如何采用实验方法确定激光器输出中包含的模式和特 性。答：影响输出模式的因素：（1）谐振条件：光在谐振腔内往返一周的光程差应是波长的整 数倍，即2nL = q入q。每一个q对应纵向一种稳定的电磁场分布入q,叫一个纵模。（2）增益大于各种损耗的总和。（

12、3）放电管的直径：放电管直径越大，可能出现的横模个数越多。 可以通过扫描干涉仪确定激光器输出光中的纵横模。6. 简述常见的纵模选择技术及其特点。 答：（1）短腔法：缩短谐振腔长度，可增大相邻纵横间隔，以致在荧光谱线有效宽度内， 只存在一个纵模，从而实现单纵模振荡。（2）行波腔法：采用环行腔，并在腔内插入一个只允许光单向通过的隔离器，则可形成无 空间烧孔的行波腔，从而实现单纵模振荡。(3)选择性损耗法：若在腔内插入标准具或构成组合腔则由于多光束干涉效应，谐振腔 具有与频率有关的选择性损耗，损耗小的纵模形成振荡，损耗大的纵模则被抑制。7. 简述谐振腔内模式竞争过程与结果。结果：几个满足阈值条件的纵

13、模在振荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心额率vO的一 个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭。8简述频率牵引现象形成的过程。 答：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这 种现象叫做频率牵引。9. 简述弛豫震荡形成的过程。 答：固体脉冲激光器所输出的并不是平滑的光脉冲，而是一群宽度只有微秒量级的短脉冲序 列，即所谓尖峰”序列。激励越强，则短脉冲之间的时间间隔越小。称作弛豫振荡效应或 尖峰振荡效应。10. 简述调Q技术的原理和方法。答：原理：在泵浦激励过程中，工作物质中反转集居数密度增加到阈值时就产生激光。超过 阈值时，受激辐射增强，上能级粒子数大量

14、消耗，反转集居数迅速下降，到低于阈值时，激光振荡迅速衰减。方法：转镜调Q、电光调Q声光调Q与染料调Q等。11.说明一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价性。1)f 2R = R(z ) = -(z + )111 z1f 2R = R(z ) = +(z + )2 2 2L = z - z21答：f2+zzz2可以证明:+八可得：0 gg 1f 2 + z z1 2所以，任一对称共焦腔( f )等价于无穷多个稳定球面腔(2)由稳定球面腔的(R1，R2, L ),求出(zl,z2)及等价对称共焦腔参数(f )为上 L (R L)( R L)( R + R L) f 2 1212L (L R ) + (L R )212当R1，R2,L满足稳定性条件时，可得厂20,所以，任一稳定球面腔(R1，R2， L)等价 于唯一的一个对称共焦腔f.z L (R L )z1z (L R L) (+R ( L L )R )2( L R1 ) + ( L R2 )12