哈尔滨工业大学
二○○七年硕士研究生入学
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考试科目：____激光原理_____ 报考专业：___物理电子学__
考试科目代码：[ 417 ]
考生注意：答案务必写在答题纸上，并标明题号。答在
试题
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上无效。
题号
一
二
三
四
五
六
七
总分
分数
40
40
20
15
15
10
10
150分
一． 填空（每空2分，共40分，按(1)、(2)……(20)顺序写在答题纸上）
（1）400 （2）760 （3）200 （4）400 （5）处于同一状态中平均光子数（6）普通光源
（7）激光
（8）694.3 （9）1064
（10）632.8 （11）
（12）
（13）
（14）1000
（15）3000 （16）2 （17）0.75 （18）
（19）
（20）
二． 简要回答下列问题（每题4分，共40分）
1．光子的能量ε＝hν；光子的质量m= hν/c2；光子的动量p= hν/c；光子没有静止质量。
2．原子的受激吸收：当原子受到光子照射时，如果外来光子的能量正好等于两个能级的能量间隔，则处于低能级的原子将吸收这个光子而跃迁到高能级上去，这个过程称为原子的受激吸收。
原子的受激发射：当原子体系受到外来光子照射时，如果外来光子的能量正好等于两个能级的能量间隔，则处于高能级的原子会因外来的这个光子作用从高能级跃迁到低能级上去，这时原子将辐射一个和外来光子完全一样的光子，这个过程叫受激发射。
3．就光的产生机理而言，激光是以受激发射为主的发射，普通光则是以自发发射为主的发射。激光具有优异的特性：方向性、单色性、高亮度和相干性。
4．均匀加宽：如果引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽。对这种加宽，每个发光原子都以整个线型发射，每一个发光原子对谱线内任一频率都有贡献。
均匀加宽的类型：自然加宽和碰撞加宽。线型：洛仑兹型。
5．应用速率方程理论，可以成功地讨论介质的增益系数、激光器的振荡条件、激光器的输出功率和能量。
速率方程的局限性主要表现在：(1) 速率方程没有全面反映电磁波的性质；(2) 速率方程没能反映出电磁场与原子系统的微观相互作用过程。
6．光波的一种模式即是光的电磁场的一种分布。激光器中，光场在纵向上的分布（以频率为标志），称为纵模；光场在横向上的分布（以衍射花样为标志），称为横模。用TEMmnq表示，其中mn为横模指数，q为纵模指数。
7．对非均匀加宽的激光器中，如将激光工作频率调到谱线中心频率时，其输出功率反而下降的现象，称为兰姆凹陷。产生条件：非均匀的多普勒加宽远大于均匀加宽。
8．光学谐振腔的作用：(1) 提供光学反馈，使得受激辐射在腔内维持振荡；(2) 波形限制作用，包括对腔内光束方向的限制及对频率的限制；(3) 提高光子简并度。
9．平行平面腔的优点：光束方向性极好（发散角小）、模体积较大、比较容易获得单模振荡等。主要缺点：调整精度要求极高；与稳定腔相比损耗也较大。
10．采用某种办法使光腔在泵浦开始时处于高损耗（低Q值）状态，这时激光的振荡阈值很高，反转粒子数即使积累到很高水平也不会产生激光；当积累的反转粒子数达到很大值时，突然使光腔的损耗降低（高Q值），这时发转粒子数远大于阈值，存储到上能级的粒子迅速跃迁到下能级，输出一个峰值功率高、宽度窄的激光脉冲。
三、（1）
激励源
（2） 受激吸收 —→ 快速无辐射跃迁 —→ 粒子数反转 →
（E1→E4、E5） （E4、E5→E3） （E3→E2）
→个别自发发射 —→ 受激辐射放大 —→ 加谐振腔出激光
（E3→E2） （E3→E2）
（3）
四、（1）甲腔：
，
，
， 为稳定腔。
乙腔：
，
，
，且满足
的条件。
∴乙腔为虚共焦非稳腔。
（2）
图略
（3）图略
五、（1）
（2）稳态时
当
时，解得
（3）在情形（2）下，有
由此解得：
代入数据：
六、定义式：
一般表达式：
（再加上讨论）
小信号：
饱和：G随腔内光强增加而下降的现象
图略
七、证：
①
②
③
将 ①、② 代入 ③：
即
将上式展开整理，比较两端虚部，得
即
浙公网安备 33021202002483