YAG多功能激光实验系统光路图
实验内容
1、安装激光器。
2、调整激光器，使输出脉冲达最强
二、激光参数测量
1、测量自由振荡情况下激光器的阈值电压。
3、测量光束发散角。
三、电光调Q实验研究
1、调整Q开关方位，寻Vλ/4 。
2、确定延迟时间。
3、测试动静比。
四、倍频实验
1、测量倍频光能量与入射角的关系。
2、倍频效率的测量。
五、激光放大实验
1、放大器放大倍率测量。
2、放大器增益测量
3、最佳时间匹配测量。
第一章 习题
1、请解释
（1）、激光
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
辐射的受激发射光放大
（2）、谐振腔
在工作物质两端各放上一块反射镜，两反射镜面要调到严格平行，并且与晶体棒轴垂直。这两块反射镜就构成谐振腔。谐振腔的一块反射镜是全反射镜，另一块则是部分反射镜。激光就是从部分反射镜输出的。谐振腔的作用一是提供光学正反馈，二是对振荡光束起到控制作用。
（3）、相干长度
从同一光源分割的两束光发生干涉所允许的最大光程差，称为光源的相干长度，用Smax表示，相干长度和谱线宽度有如下关系：
Smax = 2 /
光源的谱线宽度越窄，相干性越好。
2、激光器有哪几部分组成？
一般激光器都具备三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。
3、激光器的运转方式有哪两种？
按运转方式可分为： 脉冲、连续 ，脉冲分单脉冲和重复脉冲。
4、为使氦氖激光器的相干长度达到1km，它的单性/应为多少？
第二章 习题
1、请解释
（1）、受激辐射
高能态E2 的粒子受到能量 h = E2 - E1 光子的刺激辐射一个与入射光子一模一样的光子而跃迁到低能级 E1 的过程称受激辐射. （2）高斯光束 期后事项
由凹面镜所构成的稳定谐振腔中产生的激光束即不是均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高斯光束，沿 Z 方向传播的高斯光束的电矢量表达式为：
高斯光束是从z<0处沿z方向传播的会聚球面波,当它到达z=0处变成一个平面波,继续传播又变成一个发散的球面波.球面波曲率半径R(z)>z,且随z而变.光束各处截面上的光强分布均为高斯分布.
（3）、增益饱和11影院
受激辐射的强弱与反转粒子数 N 有关，即增益系数G N ，光强 I N 。N 大， G大，由于受激辐射增强， N 减少，因而G也随之减小，但还是有增益的，受激辐射仍然增强，这种增益系数随光强增加而减小的现象称增益饱和。
（4）、横模
谐振腔中横向不同的稳态光场分布称为不同的横模，用TEM m n 标记，m, n 为横模序数. m, n=0时为基横模，其它模为高阶横模 。
（5）、均匀增宽
每个粒子对加宽谱线范围内的任一频率都有贡献，因而这种光谱线的加宽称为均匀加宽。如光谱线的自然加宽和碰撞增宽。 （6）、阈值条件
阈值条件就是光在增益介质中来回一次的增益大于或等于损耗, 即:
或 G() 内 - ( 1 / 2L) L n ( r1 r2 )
2、试计算连续功率均为1w的两光源，分别发射=0.5000m, =3000G Hz的光,每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少?
解：
（1）
(2)
3、一光源发射=0.6000m波长时，如果（I激/I自）= 1/20000，求此时单辐射能量密度等于多少？
由
得
4、设氖原子静止时发光中心频率为0= 4.74 1014 HZ，室温下氖原子的平均速率设为560m/s。求此时接收器接收频率与中心频率相差若干？
由
得
5、稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R1=40cm，R2=100cm，求腔长L的取值范围。
解：用作图法可解得 0<L≤40(cm)及100≤L≤140(cm)
6、腔长为0.5m的氩离子激光器，发射中心频率0= 5.85 1014 HZ荧光线宽=6 108 HZ，问它可能存在几个纵模？相应的q值为多少？（设n=1）
解：纵模间隔为
纵模数为：
相应的q值为：
第三章 习题
1、写出气体放电时，粒子间两类非弹性碰撞的反应式，并解释之。
第一类碰撞是指高能电子与基态原子碰撞，通过碰撞电子与原子部分交换能量，使原子激发。该过程可用下列反应表达：
e1+A(E1)A*(E2)+e2
与第一类碰撞相反，第二类碰撞是指处于激发态的受激粒子与另一未被受激的粒子（包括器壁）碰撞而交换能量的过程。该过程用下列反应式表示：
A*+BB*+A+△E
该过程也称其为能量共振转移。只有△E很小，与热运动能量相近时，上述过程才发生。
2、抑制氦氖激光器3.39m谱线的方法有哪几种？请简单介绍各种方法的原理。
解：
抑制氦氖激光器3.39m谱线的方法有散法，吸收法和加不均匀磁场法。
散法是在腔内插入一块棱镜使不同波长的光散，而只使0.6328μm的光在腔内往返，将3.39μm的光逸出腔外。
吸收法是在腔内加入对3.39μm有吸收作用而对 6328Å透照的元件。例如在1米长的外腔式激光器的窗片和反射镜之间放一个5cm长的吸收盒，内充一个大气压的甲烷气体。
加不均匀磁场的目的是为了增大3.39μm的线宽，而减小它的增益。方法是沿着放电管放一排小陶瓷体磁铁，每相邻磁铁的极性相同。这样排列在放电管的轴线上便可产生一不均匀的磁场，在轴向磁场的作用下谱线分裂，由于磁场的不均匀造成了谱线的增宽，由于 谱线
的增宽使增益下降，3.39μm由于
△V窄，故受磁场影响大，因而得到抑制。
3、氦氖激光器结构形式有哪几种？
内腔式、外腔式和半内腔式。
4、 固体激光脉冲输出特点是什么？请解释尖峰脉冲形成的原因。
自有振荡激光器的发射特点是：
1、发射时间长,峰值功率低
2、能量转换效率低
尖峰脉冲形成的原因是脉冲氙灯开始闪光后约0.5ms开始发出激光，一经发光就迅速消耗掉上能级的粒子数，使△N降到阈值之下。这样激光发射大约维持1µm被迫停止。由于闪光灯继续抽运，上能级粒子数迅速积累，△N大于阈值后，又再次发射一个激光脉冲，如此继
续。所以在氙灯1ms的闪光时间内，输出一系列小的激光尖峰脉冲，每个尖峰脉冲的持续时间约1µs。
5、请写出二氧化碳激光器上能级粒子数的积累过程。
气体放电时，电子获得较高的平均动能，与基态CO2分子和基态N2汉语拼音教学论文分子发生第一类非弹性碰撞：
e1＋ CO2(000) e2＋ CO*2(001)
e1＋ N2 e2＋ N*2（1）
N*2（1）与基态CO2发生第二类非弹性碰撞。
N*2（1）+CO2（000） CO2 （001）+N2（0）
上述过程是激光上能级积累粒子数的过程。
6、氩离子激光器的主要输出波长各为哪两条？
0.5145m , 0.4880m .
7、半导体激光器实现粒子数反转的条件是什么？
实现粒子数反转的条件：
1、必须使费米能级进入导带和价带，这需要高掺杂。
2、另外要在P-N结上加上足够的正向电压v’ ，使ev’＝E－F－E市场经济的一般特征+F>Eg, P-N结这个作用区很小，厚度为μm量级。当Eg<hv<E-F-E+F的光入射时产生受激放大。
第四章 激光技术
1、腔长30cm的氦氖激光器，荧光线宽1500MHz，可能出现三个纵模。用三反镜法选单纵模，问短耦合腔腔长（ L2踏雪寻梅合唱+L3）应为若干？
2、饱和吸收法稳频较兰姆凹陷法的优点有哪些？
饱和吸收法稳频，由于反转兰姆凹陷的宽度比兰姆凹陷的宽度窄，所以其中心频率两侧曲线的斜率就比兰姆凹陷曲线的斜率大，这样就可以减小搜索讯号的幅度以提高频率的稳定性。同时还由于吸收线中心频率极为稳定，所以使饱和吸收法获得了很高的长期稳定度和复现度。
3、简述电光调Q原理。
（图略）电光调Q是利用某些晶体的电光效应来作为Q开关的元件。由电光效应知，当晶体加 /4 电压后，由感应双折射，沿 x 方向振动的线偏振光进入晶体后将变为沿 x'及沿 y'方向振动的二个线偏振光，通过晶体后成为圆偏振光，再经反射镜反射，该圆偏振光再次通过晶体则位相再次增加 /2，圆偏振光又成为一线偏振光。不过它的振动方向为 y 方向，与原入射光振动方向垂直。 也就是说，加了/4 电压后，往返通过晶体的线偏振光，振动方向相对改变90角。对于未加电压的晶体来说，往返光的振动方向不变。
利用这一点可以制成Q开关。由于激光器发出的激光无偏振性，它通过偏振片后成为沿x
方向振动的线偏振光。往返通过加/4 如何办理劳动手册电压的KD*P晶体，则返回光沿 y 方向振动将被偏振片吸收。此时腔的Q值很低，由于外界激励能源的作用，可使介质中能级的粒子数迅速增加，当其能级粒子数积累到足够数量的某个时刻突然撤去KD*P上的电压，则由YAG输出的激光经偏振片后能自由往返于激光腔中，不改变振动方向。损耗小，因此腔的Q值很高，从而输出一个巨脉冲。
第五章 习题
1、计算腔长为1m的共焦腔基横模的远场发散角，设波长为6328Å，10Km处光斑面积多大？
共焦腔束腰：
远场发散角： -4弧度
10Km处光斑半径：
光斑面积：
S=πr2 125m2
2、一高斯光束腰粗0 =0.2mm，λ=0.6328μm 今用一焦距3cm的短焦距透镜聚焦，已知腰粗0离透镜的距离为60cm，求聚焦后光束腰粗。
入射光在透镜处的光斑半径:
聚焦后束腰半径：
3、如图，二透镜焦距分别为f1=2.5cm，f2=20cm， 0=0.28mm，z1>>f1（入射透镜紧靠共焦腔输出镜面），求该望远镜系统光束发散角的压缩比。
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