激光原理及应用陈家璧电子版

思考练习题1

1． 试计算连续功率均为1W的两光源，分别发射 ＝0.5000 m， =3000MHz的光，每秒

从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？

q 答：粒子数分别为：n1 h

16.63 10 34

0.5 10 618

2.5138 10 c6.63 10 34 3 108

n2

q123

5.0277 10 349h 6.63 10 3 10

2．热平衡时，原子能级E2的数密度为n2，下能级E1的数密度为n1，设g1 g2，求：(1)当原子跃迁时相应频率为 ＝3000MHz，T＝300K时n2/n1为若干。(2)若原子跃迁时发光波长 ＝1 ，n2/n1＝0.1时，则温度T为多高？

(E E）

mnn2nm/gm6.63 10 34 3 109kTkT

答：（1）则有： e e exp[ ] 1 23

nn/gnn11.38 10 300

h

348 n26.63 10 3 103

（2） ekT exp[ ] 0.1 T 6.26 10K 23 6

n11.38 10 1 10 T

h

－

3．已知氢原子第一激发态(E2)与基态(E1)之间能量差为1.64×l018J，设火焰(T＝2700K)中含有1020个氢原子。设原子按玻尔兹曼

习 题

8．1利用4f系统做阿贝—波特实验，设物函数t（x1，y1）为一无限大正交光栅 ?1xx??1yy? t(x1,y1)??rect(1)?comb(1)???rect(1)?comb(1)?

a1b1??b2a2b2??b1 其中a1、a2分别为x、y方向上缝的宽度，b1、b2则是相应的缝间隔。频谱面上得

到如图8-53（a）所示的频谱。分别用图8-53（b）（c）（d）所示的三种滤波器进行滤

波，求输出面上的光强分布（图中阴影区表示不透明屏）。

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

习 题

8．1利用4f系统做阿贝—波特实验，设物函数t（x1，y1）为一无限大正交光栅 ?1xx??1yy? t(x1,y1)??rect(1)?comb(1)???rect(1)?comb(1)?

a1b1??b2a2b2??b1 其中a1、a2分别为x、y方向上缝的宽度，b1、b2则是相应的缝间隔。频谱面上得

到如图8-53（a）所示的频谱。分别用图8-53（b）（c）（d）所示的三种滤波器进行滤

波，求输出面上的光强分布（图中阴影区表示不透明屏）。

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习 题

8．1利用4f系统做阿贝—波特实验，设物函数t（x1，y1）为一无限大正交光栅 ?1xx??1yy? t(x1,y1)??rect(1)?comb(1)???rect(1)?comb(1)?

a1b1??b2a2b2??b1 其中a1、a2分别为x、y方向上缝的宽度，b1、b2则是相应的缝间隔。频谱面上得

到如图8-53（a）所示的频谱。分别用图8-53（b）（c）（d）所示的三种滤波器进行滤

波，求输出面上的光强分布（图中阴影区表示不透明屏）。

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第一章习题

1.1 已知不变线性系统的输入为

g?x??comb?x? 系统的传递函数Λ??f?'?。若b取（1）b??.?（2）b??.?，求系统的输出g?x?。并画出?b?输出函数及其频谱的图形。

δ?x???? 图形从略， 答：（1）g?x??F? （2）g?x??F?δ?fx??δ?fx????δ?fx???????cos??πx? 图形从略。

1.2若限带函数f?x,y?的傅里叶变换在长度L为宽度W的矩形之外恒为零， （1）如果a?????????????，b?，试证明 LW

??x??x?sinc??sinc???f?x,y??f?x,y? ab?a??b??fxfy?F?f?x,y???F?f?x,y??rect??L,W?证明：

????F?f?x,y??rect?afx,bfy??

?x??x??f?x,y??f?x,y??F-1?F?f?x,y??rect?afx,bfy???sinc?sinc????ab?a??b???， b?，还能得出以上结论吗？ LW（2）如果a?答：不能

激光在科学技术前沿问题中的应用

通过一个学期对《激光原理及应用》的学习，使我对激光这一物理分支学科有了更加深入的了解，从光的本性到激光的工作原理，再到激光的输出特性及基本技术，理论结合应用。激光在日常的生产生活中的作用日益增加。

根据课本中最后一章得内容和自己的总结对激光在科学技术前沿问题中的应用做一个归纳。其中包含课本中的知识，以及我自己对知识的看法，还有激光在生活中的应用。

一．激光核聚变 1受控核聚变 *为什么选择核聚变？

核聚变有突出的优点，低原子序数的元素通过聚变反应为更高序数的元素，反应中损失的质量转化成能量放出，提高能量效率比裂变更高。

1）发展聚变能应用是替代化石类燃料与裂变能，推动人类文明发展的理想途径。

2）聚变时，参加反应的原子核都带正电，彼此之间互相排斥。粒子必须具有极高的动能，才能克服这种排斥作用，彼此接近到足以发生反应的程度。

2磁力约束和惯性约束方法 1）

利用核聚变提取能量有两个条件：一是保证充分的反应

1

时间；二是约束高温等离子体。

2）

目前比较实用的能达到劳森条件的装置有两大类。一是利用一定的强磁场将高温等离子体进行约束和压缩，使

之达到劳森判据，即所谓的―磁力约束方法‖（magnetic

第二章

5）激发态的原子从能级E2跃迁到E1时，释放出??0.8?m的光子，试求这两个能级间的能量差。若能级E1和E2上的原子数分别为N1和N2，试计算室温（T=300K）时的N2/N1值。 【参考例2-1，例2-2】 解：

6.626?10?34?3?108??3.98?10?20J （1）?E?E2?E1??6?5?10hc??N23.98?10?20?kbT?5??e?exp???6.75?10（2） ?23??N1?1.38?10?300??E

10）激光在0.2m长的增益物质中往复运动过程中，其强度增加饿了30%。试求该物质的小信号增益系数G0.假设激光在往复运动中没有损耗。

解：IZ?I0e(G0??)z??0且z?0.2*2?0.4mIZ?1?0.3?1.3,即e(G0??)z?eG0*0.4?1.3 I0?G0?0.656m?1第三章

2．CO2激光器的腔长L=100cm，反射镜直径D=1.5cm，两镜的光强反射系数分别为r1=0.985，r2=0.8。求由衍射损耗及输出损耗分别引起的?、?c、Q、??c(设n=1) 解：

衍射损耗:

?L10.6?10?6?1??2??0.188 ?22a(0.75?10)?c?L

内蒙古工业大学200 —200 学年第一学期 《激光原理及应用》期末（考试）试卷（A）课程代码：

试卷审核人： 考试时间：

注意事项：1.本试卷适用于 级电科专业本科生使用 2.本试卷共6页，满分100分，答题时间120分钟

班级：____________ 姓名：_____________ 学号：___________ 题 号 评 分 一 二 1

一、选择题（30分）

1、平面波的单色性是由下面的那个参数来评价其优劣的（ ） A、振幅 B、频率 C、光强 D、先谱的线宽

2、激光束偏转技术是激光应用的基本技术，如果它使激光束离散地投射到空间中某些特定的位置上，则主要应用于（ ）。 A． 激光打印 B．激光显示 C．激光存储 D．传真

3、具有超小型、激光强度快速可调特点的激光器是（ ）。 A． 固体激光器 B．气体激光器 C． 半导体激光器 D．光纤激光器 4、LED不具有的特点是（ ）。

A．辐射光为相干光 B．LED的发光颜色非常丰富 C．

Southwest university of science and technology

本科课程设计（论文）

激光原理及其应用

学院名称 专业名称 学生姓名 学

号

国防科技学院 核工程与核技术

孙 宇

20090737

指导教师

吴凤娟 博士

二〇一二年六月

西南科技大学本科课程设计论文

激光原理及其应用

摘要：激光是由爱因斯坦于1917年提出光的受激辐射原理产生的。但直到1960年激光才被首次成功制造。它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展。激光具有有极好的方向性、极高的亮度和相干性。它对人类的社会活动产生广发而深刻的影响。它不仅广泛的应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活许的多方面得到了大量的应用，包括工业、农业、医学、通信、国防等。与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。

本文简要的阐述了激光的基本原理，介绍了激光在各个领域的应用。 关键字：受激辐射；激光；激光原理；激光应用

西南科技大学本科课程设计论文

Laser principle and its application

Abstract: The laser light is produce by the theory of stimu

激光原理及其应用

摘要：本文主要介绍激光的物理学基本理论和原理，激光器的结构、振荡条件，还介绍了激光的模和激光振荡模的概念，通过调Q和Q开关技术提高激光器输出功率和压缩激光脉冲宽度，通过锁模技术形成脉冲宽度极窄、功率极高的激光。然后介绍了激光技术特性以及在实践中的应用：激光精密计量、激光信息处理、强激光的应用、激光医学、激光生物应用、激光武器、科学实验应用。

Abstract: This paper introduces the basic theory of laser physics and principles, the structure of laser oscillation condition, also introduced the laser modules and laser oscillation mode of the concept of a Q-and Q-switching technology to improve laser output power and laser pulse width compression by clamping techniques to form a very narrow p