第一章 激光產(chǎn)生的條件

1、解釋黑體和黑體輻射？并描述它們的物理意義。

2、解釋自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收的物理意義，并寫出它們的特征和躍遷幾率。

3、理解三個(gè)愛因斯坦系數(shù)及其關(guān)系。

4、解釋光譜線寬、相干時(shí)間、相干長(zhǎng)度。

5、解釋激光的空間相干性、時(shí)間相干性。

6、描述光的多普勒效應(yīng)。

7、解釋均勻增寬與非均勻增寬。

8、描述波爾茲曼分布，解釋輻射躍遷與非輻射躍遷。

9、解釋粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，并說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。

10、簡(jiǎn)述激光器的構(gòu)成以及各個(gè)部分的作用。

11、簡(jiǎn)述激光形成的條件，并證明二能級(jí)系統(tǒng)不能產(chǎn)生激光。

12、激光的特點(diǎn)：相干性好、方向性好、單色性好、亮度高。這四種特性可以歸結(jié)為激光具有很高的光子簡(jiǎn)并度。

13、解釋光子簡(jiǎn)并度的物理意義。

14、簡(jiǎn)述脈沖激光尖峰形成的過(guò)程以及原因。

15、推導(dǎo)出自然增寬和多普勒增寬的線性函數(shù)。并說(shuō)明他們屬于什么增寬類型。

第二章 激光器的工作原理

1、三種諧振腔：穩(wěn)定腔、臨界腔、非穩(wěn)腔。

2、非穩(wěn)腔和穩(wěn)定腔有何區(qū)別？舉例說(shuō)明哪些是穩(wěn)定腔，哪些是臨界腔，哪些又是非穩(wěn)腔？

3、圖解法判斷諧振腔的穩(wěn)定條件。

4、說(shuō)明三能級(jí)系統(tǒng)和四能級(jí)系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別，畫出示意圖。哪個(gè)系統(tǒng)更容易形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，為什么? 分別舉例說(shuō)明，并寫出其波長(zhǎng)。

5、分別描述小信號(hào)工作狀態(tài)與小信號(hào)增益。

6、增益飽和是什么？它在激光穩(wěn)定輸出中起什么作用？譜線增寬如何影響增益飽和特性？

7、說(shuō)明均勻增寬和非均勻增寬工作物質(zhì)中增益飽和的機(jī)理。

8、解釋諧振腔的損耗，單程損耗因子，腔的品質(zhì)因數(shù)。

9、描述非均勻增寬工作物質(zhì)中的增益飽和的“燒孔效應(yīng)”，并說(shuō)明原理。

10、解釋解釋內(nèi)部損耗與鏡面損耗。

11、描述激光諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定光強(qiáng)的過(guò)程。

12、描述自激振蕩及其形成條件。

13、解釋激光器的弛豫振蕩現(xiàn)象。

14、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的閾值條件。

15、四能級(jí)速率方程的推導(dǎo)。并分析在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，激光上下能級(jí)間粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布關(guān)系式。

第三章 激光器的輸出特性

1、激光諧振腔衍射理論的自再現(xiàn)模。

2、菲涅爾-基爾霍夫衍射積分方程得到的本征函數(shù)和本征值各代表什么?

3、諧振腔的諧振條件？如何計(jì)算縱模的頻率、縱模頻率間隔和縱模的數(shù)目？

4、高斯光束的表征方法：用束腰半徑及束腰位置表征；用光斑半徑及等相位面曲率半徑表征。

5、分別用公式表示高斯光束的有效截面半徑、束腰半徑、鏡面光束半徑、波陣面的曲率半徑。

6、高斯光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角與衍射極限。

7、高斯光束的亮度與哪些參數(shù)有關(guān)？

8、輸出功率與飽和光強(qiáng)、光束截面的關(guān)系。

9、描述蘭姆凹陷的形成過(guò)程。

10、造成線寬的原因是什么？線寬由哪些參數(shù)決定？線寬極限是什么？

11、激光光束品質(zhì)因子的表達(dá)式及其物理意義。

12、解釋任意一個(gè)共焦球面腔與無(wú)窮多個(gè)穩(wěn)定球面腔等價(jià)。

13、證明任一滿足穩(wěn)定條件的球面腔唯一地等價(jià)于一個(gè)對(duì)稱共焦腔等價(jià)。

14、證明高斯光束基模光斑半徑變成規(guī)律呈現(xiàn)雙曲線。

15、證明高斯光束的等相位面在近軸區(qū)域近似成球面分布。

第四章 激光的基本技術(shù)

1、解釋橫模和縱模，并說(shuō)明選模的原因？

2、解釋縱模競(jìng)爭(zhēng)與空間競(jìng)爭(zhēng)。

3、激光單橫模選?。汗怅@法、聚焦光闌法、腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法。高階橫模的光束截面比基橫模大，減小菲涅爾數(shù)，可以抑制各高階橫模的振蕩。

4、激光單縱模選取：短腔法：縱模間隔與諧振腔腔長(zhǎng)成反比，為了在激光增益曲線中獲得單一頻率的縱模，可通過(guò)縮小腔長(zhǎng)來(lái)增大縱模頻率間隔，使其在熒光譜線有效寬度范圍內(nèi)，只存在一個(gè)縱模振蕩。但這種方法使得諧振腔受到限制。法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具：由兩個(gè)端面平行且鍍有高反射的反射膜組成。由于多光束干涉的結(jié)果，對(duì)若干個(gè)很窄頻率帶寬的光有極高的透過(guò)率。通過(guò)調(diào)整F-P標(biāo)準(zhǔn)具的傾角，可以達(dá)到選頻目的。三反射鏡法：設(shè)置三個(gè)反射鏡，組成兩個(gè)耦合的諧振腔，滿足兩個(gè)諧振條件的光能夠輸出，只要短腔足夠短，就可以得到單縱模。

5、衍射損耗：通過(guò)求解激光諧振腔的自再現(xiàn)模積分方程得到，在激光諧振腔內(nèi)振蕩的基橫模是高斯光束，其光振幅和光強(qiáng)分布在與光軸垂直的平面上呈高斯函數(shù)形式，一直延伸到離光軸無(wú)限遠(yuǎn)處。因此，由于反射鏡的有限尺寸的限制，每一次反射都會(huì)有一部分光能衍射到鏡面之外，造成能量損失。這種由于衍射效應(yīng)形成的光能量損失稱為衍射損耗。

6、頻率的漂移：一個(gè)激光器通過(guò)選模獲得單頻振蕩后，由于內(nèi)部和外界條件的變化，諧振頻率仍然會(huì)在整個(gè)線型寬度內(nèi)移動(dòng)。這種現(xiàn)象叫做頻率的漂移。

7、頻率的穩(wěn)定性包括頻率穩(wěn)定度與頻率復(fù)現(xiàn)度，并解釋之。

8、影響頻率穩(wěn)定的因素：腔長(zhǎng)與折射率，請(qǐng)量化分析。

9、穩(wěn)頻方法：被動(dòng)式穩(wěn)頻和主動(dòng)式穩(wěn)頻。其中主動(dòng)穩(wěn)頻率包括蘭姆凹陷穩(wěn)頻、飽和吸收穩(wěn)頻、塞曼穩(wěn)頻、無(wú)源腔穩(wěn)頻。

10、簡(jiǎn)述光束的三種變換方法，并說(shuō)明變換原因。

11、激光偏轉(zhuǎn)的方法：機(jī)械偏轉(zhuǎn)、電光偏轉(zhuǎn)和聲光偏轉(zhuǎn)。

12、解釋激光調(diào)制技術(shù)，并說(shuō)明其各種分類。

13、激光調(diào)Q技術(shù)：用調(diào)節(jié)諧振腔的Q值以獲得激光巨脈沖的技術(shù)。其原理是采用某種辦法使諧振腔在泵浦開始時(shí)處于高損耗低Q值狀態(tài)，這時(shí)激光振蕩的閾值很高，粒子密度反轉(zhuǎn)數(shù)即使積累到很高水平也不會(huì)產(chǎn)生振蕩；當(dāng)粒子密度反轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到其峰值時(shí)，突然使腔的Q值增大，導(dǎo)致激光介質(zhì)的增益將大大超過(guò)閾值，迅速產(chǎn)生振蕩。這時(shí)積累在亞穩(wěn)態(tài)上的粒子所具有的能量會(huì)很快轉(zhuǎn)換為光子的能量，光子像雪崩一樣以極高的速率增長(zhǎng)，激光器便可輸出一個(gè)峰值功率高、寬度窄的激光巨脈沖。

14、調(diào)Q技術(shù)分類：因?yàn)橹C振腔的損耗包括反射損耗、吸收損耗、衍射損耗、散射損耗和透射損耗。用不同方法控制不同類型的損耗，就形成了不同的調(diào)Q技術(shù)?？刂品瓷鋼p耗的有機(jī)械轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q技術(shù)、電光調(diào)Q技術(shù)，控制吸收損耗的有可飽和吸收染料調(diào)Q技術(shù)，控制衍射損耗的有聲光調(diào)Q技術(shù)等等。

15、鎖模技術(shù)：強(qiáng)迫激光器中振蕩的各個(gè)縱模相位鎖定，使各模式相干疊加以獲得超短脈沖的技術(shù)。鎖模技術(shù)使激光能量在時(shí)間上高度集中，可以獲得飛秒量級(jí)的超短脈沖激光。