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1、 哈尔滨工业大学 二七年硕士研究生入学考试试题 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 物理常数：真空中光速 c=3108m/s 普朗克常数 h=6.62610-34Js 电子电荷 e=1.610-19c 一填空（每空 2 分，共 40 分，按(1)、(2)(20)顺序写在答题纸上）1 可见光的波长范围在（1）nm-（2）nm之间，紫外光的波长范围在（3）nm-（4）nm之间。2 光子简并度n是指（5）。频率为，
2、温度为 T 的普通光源的光子简并度n=（6）；频率为，单模发射功率为 P，相干时间为c的激光的光子简并度为n=（7）。3 红宝石激光器的常用发射波长为（8）nm，Nd3+：YAG激光器的常用发射波长为（9）nm，He-Ne激光器的常用发射波长为（10）nm。4 一台红宝石激光器，腔长 L=0.5m，振荡线宽 o=2.41010Hz，在腔内插入 F-P标准具选单纵模。已知标准具内介质的折射率 =1，则标准具的间距 d 为（11）。第 1 页 共 4 页 5 有一多纵模激光器，纵模数是 1000个，该激光器腔长为 1.5m，第 2 页 输出激光的平均功率为 1W。设各纵模振幅相等，则在锁模情况下，
3、共 4 页 光脉冲的周期为（12）s，脉冲宽度为（13）s，峰值功率为（14）W。6 一台 YAG调 Q激光器输出脉冲宽度 t=10ns，脉冲能量 E=30mJ，则峰值功率P=（15）kW。7.由曲率半径 R1=40cm，R2=-20cm，L=10cm组成的虚共焦非稳腔，光线在其中往返一周的几何放大率 M=（16），往返损耗率 往返=（17）。8.光线在自由空间中传输距离 L 时，其传输矩阵 TL=（18），光线经曲率半径为 R 的球面反射时，其反射矩阵 TR=（19），光线经焦距为 F 的薄透镜透射时，其透射矩阵 TF=（20）。二简要回答下列问题（每题 4 分，共 40 分）1频率为 的光
4、子具有的能量、质量、动量和光子的静止质量是多少？2原子的受激吸收和受激发射。3激光与普通光的产生机理有何不同？与普通光相比激光有哪些特性？4谱线的均匀加宽，均匀加宽的类型和线型。5激光器速率方程理论的成功之处及局限性。6光波模式的概念，激光器中的横模与纵模。7兰姆凹陷及其产生的条件。8光学谐振腔的作用。9平行平面腔的主要优点和缺点。10调 Q 的基本原理。三 有一固体工作物质，与激光作用有关的能级有 5 个：E1=0，E2=0.19ev，E3=1.36ev，E4=1.53ev，E5=1.66ev，激光发生在 E3E2能级间。E4、E5能级是两个吸收能级，即泵浦带，E3为亚稳态，用闪光灯泵浦。（
5、20 分）（1）画出以该工作物质为激光器的结构示意图及能级图；（2）说明该激光器的激光形成过程及产生的激光波长；第 3 页（3）闪光灯中必须含有什么波长的光，才能有效地激发？共 4 页 四有甲、乙两个光学谐振腔，甲光学谐振腔有关参数为：R1=20cm，R2=-32cm，L=16cm；乙光学谐振腔有关参数为：R1=100cm，R 2=-50cm，L=25cm；工作波长=110-4cm。（15 分）（1）判断两个腔的腔型；（2）如果是稳定腔，确定它的等价共焦腔的位置（要求画出），并计算束腰0，及远场发散角；（3）如果是非稳腔，确定两反射镜共轭像点位置，并画出波形。五有一三能级激光系统，其能级跃迁简
6、化模型如图所示。图中，W12与 W21为受激吸收与受激辐射几率，非辐射跃迁几率S32=2106（S-1），自发辐射几率 A21=2103（S-1），单位体积工作物质内的总粒子数n=21019（cm-3），光腔内只存在一个振荡模，光子数为N，E1、E2两能级的统计权重相等（g1=g2）。（15 分）（1）写出完整的速率方程组（不计腔内光子损耗）；（2）稳态时，抽运几率 W13为多大时，激光上、下能级粒子数相等？（3）计算情形（2）时各能级上的粒子数。图 1 三能级激光系统能级跃迁图 六详细论述介质的增益系数（定义，一般表达式，决定增益系数大小的因素，小信号增益系数，增益饱和，均匀加宽与非均匀加宽两种情况下的增益饱和特点）。（10 分）E3 E2 E1 W13 W12 W21 A21 S32 七 激光器与无源腔间有一薄透镜，其焦距为 F，用 q 参数变换规律证明，第 4 页 在匹配的情况下，有：共 4 页 00ffFlFl 0f与0f分别表示激光谐振腔与无源腔中高斯光束的共焦参数：200f，2 00f （10 分）图 2 激光谐振腔高斯光束与无源腔模式匹配示意图