激光原理试题_知识点考必背.docx
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1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -激光原理复习题 页码是按第五版书标注的,黄色底纹的页码是按第六版书标注的填空6424简答6636运算121527论述113131.什么是光波模式和光子态?什么是相格?Page5答:光波模式 page5:在一个有边界条件限制的空间V 内,只能存在一系列独立的具 有特定波矢 k 的平面单色驻波。这种能够存在于腔内的驻波(以某一波矢k 为标志)称为光波模式。xyz光子态 page6:光子在由坐标与动量所支撑的相空间中所处的状态, 在相空间中,光子的状态对应于一个相格。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳
2、总结相格 page6:在三维运动情形下,测不准关系为空间中,一个光子态对应(或占有)的相空间体积元为空间体积元称为相格。xyzPPPh3 ,故在六位相 xyzPPPh 3 ,上述相可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xyz2.如何懂得光的相干性?何谓相干时间、相干长度、相干面积和相干体积?Page7答:光的相干性page7:在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的 相关性。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结相干时间 page7:光沿传播方向通过相干长度Lc 所需的时间,称为相干时间。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结相干长度: 相干光能产生干涉
3、效应的最大光程差,等于光源发出的光波的波列长度。.相干面积:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结相干体积 page7:假如在空间体积Vc 称为相干体积。Vc 内各点的光波场都具有明显的相干性,就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.何谓光子简并度,有几种相同的含义?激光源的光子简并度与它的相干性什么联系? Page9答:光子简并度 page9:处于同一光子态的光子数称为光子简并度。光子简并度有以下几种相同含义page9:同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。联系:激光源的光子简并度打算着激光的相干性,光子简并度越高,激光源的相
4、干性越好。4.什么是黑体辐射?写出Planck 公式 ,并说明它的物理意义。Page10答:黑体辐射 page10:当黑体处于某一温度T 的热平稳情形下,它所吸取的辐射能量应等于发出的辐射能量,即黑体与辐射场之间应处于能量(热)平稳状态,这 种平稳必定导致空腔内存在完全确定的辐射场,这种辐射场称为黑体辐射或平稳辐射。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - -
5、- - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Planck 公式 page10:8h313h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ck Te b1物理意义page10:在单位体积内,频率处于邻近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。5.描述能级的光学跃迁的三大过程,并写出它们的特点和跃迁几率。Page10答: 1自发辐射可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结过程描述 page10:处于高能级E2 的一个原子自发的向E1 跃迁,并发射一个能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结量为 h的光子,这种过程称为自发跃迁, 由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。特
6、点: a自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程,无需外来光。 b每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元,原子之间毫无联系而且各个原子开头发光的时间参差不一,所以各列光波频率虽然相同, 均为,各列光波之间没有固定的相位关系,各有不同的偏振方向,而且各个原子 所发的光将向空间各个方向传播,即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程,所以自发辐射的光是非相干光。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结自发跃迁爱因斯坦系数:2受激吸取1A21s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结过程描述 page12处于
7、低能态下,吸取一个能量为h的光子并向E1 的一个原子,在频率为的辐射场作用(鼓励)E2 能态跃迁,这种过程称为受激吸取跃迁。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结特点: a只有外来光子能量hE2E1 时, 才能引起受激辐射。 b跃迁概率不仅可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结与原子性质有关,仍与辐射场的有关。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结受激吸取跃迁概率page12:W12辐射场)3受激辐射B12v(B12 为受激吸取跃迁爱因斯坦系数,v 为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - -
8、 - 欢迎下载精品名师归纳总结过程描述page12:处于上能级E2 的原子在频率为的辐射场作用下,跃迁至可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结低能态E1 并辐射一个能量为h的光子。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结特点: a只有外来光子能量hE2E1 时,才能引起受激辐射。b受激辐射所可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结发出的光子与外来光子的频率、传播方向、偏振方向、相位等性质完全相同。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归
9、纳总结受激辐射跃迁概率:W21B21v(B21 为受激辐射跃迁爱因斯坦系数,v 为辐射场)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结6. Einstein 系数有哪些?它们之间的关系是什么?Page13可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结答:系数 page11-12 :自发跃迁爱因斯坦系数A21 ,受激吸取跃迁爱因斯坦系数B12 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结受激辐射跃迁爱因斯坦系数B218h 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结关系 page13: B21 f1B12f2 , A21B21 ,
10、3cf1 , f 2 为E1, E2 能级的统计权重 简并度 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页,共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结7.试证明,由于自发辐射,原子在资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -E2 能级的平均寿命为1sA21。Page13可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结证明:依据自发跃迁概率定义A21dn21 dt11sp n2可编辑资料
11、- - - 欢迎下载精品名师归纳总结dn21 sp 表示在 dt 时间内由于自发跃迁引起的由E2 向 E1 跃迁的原子数。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在 单 位 时 间 内 能 级E2减 少 的 粒 子 数 为dn2dn21将 1 式 带 入 得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dn2 dtA21n2dtdtsp可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由此式可得n tn e A21t( n为 t0 时刻高能级具有的粒子数)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结220所以自发辐射的平均寿命201sn0n2 tdt1n20en0A21t dt1A
12、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结202021可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结8.一质的匀称的材料对光的吸取系数0.01 mmz强为入射光强的百分之几?Page23( 8)1 ,光通过10 cm 长的该材料后,出射光可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解:设进入材料前的光强为I 0 ,经过距离 z 后的光强为I z ,就IzI 0e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结所以出射光强与入射光强之比光强的 36.8% 。I outelI 0e 0.01 100e 10.368 。所以出射光强占入射可
13、编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结9.激光器主要由哪些部分组成?各部分的作用是什么?答:激光工作物质:用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的物质体系。接收来自泵浦源的能量,对外发射光波并能够剧烈发光的活跃状态,也称为激活物质。泵浦源:供应能量,实现工作物质的粒子数反转。光学谐振腔: a供应轴向光波模的正反馈。b模式挑选,保证激光器单模振荡,从而提高激光器的相干性。10.什么是热平稳时能级粒子数的分布?什么是粒子数反转?如何实现粒子数反转? Page15答:热平稳时能级粒子数的分布page15:在物质处于热平稳状态时,各能级上的E2 E1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归
14、纳总结原子数(或集居数)听从玻尔兹曼分布n2f2 en1f1kb T。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结粒子数反转:使高能级粒子数密度大于低能级粒子数密度。如何实现粒子数反转page15:外界向物质供应能量(称为鼓励或泵浦过程), 从而使物质处于非平稳状态。 11.如何定义激光增益?什么是小信号增益?大信号增益?增益饱和?Page16可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结答:激光增益定义p15:设在光传播方向上z 处的光强为I z ,就增益系数定义为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结gdI z1 dzI z,表示光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数。可
15、编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结小信号增益p16:当光强很弱时,集居数差值n2n1 不随 z 变化,增益系数为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结一常数g0 ,称为线性增益或小信号增益。
16、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结大信号增益p17 :在放大器中入射光强I 与I s I s 为饱和光强 相比拟时,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g I g0,为大信号增益。1I可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结I s增益饱和 p16 :当光强足够强时, 增益系数 g 也随着光强的增加而减小,这一现象称为增益饱和效应。 12.什么是自激振荡?产生激光振荡的条件是什么?Page17可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结答:自激振荡p18:不管初始光强I 0 多么柔弱,只要放大器足够长,就总是形
17、成确可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结定大小的光强I m ,这就是自激振荡的概念。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结产生条件 p18: g 0, g0 为小信号增益系数,为包括放大器损耗和谐振腔可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结损耗在内的平均损耗系数。13.激光的基本特性是什么?Page19答:激光四性:单色性、相干性、方向性和高亮度。这四性可归结为激光具有很高的光子简并度。 14如何懂得激光的空间相干性与方向性?如何懂得激光的时间相干性?如何懂得激光的相干
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