激光原理 复习题答案（考研可参考）

3. 激光介质的增益系数和极化系数的实部还是虚部有关？为什么？

答：与虚部有关；虚部表示介质对入射场的吸收或者放大，虚部会导致场振幅的指数衰减，对光强造成影响，而增益系数与光强的吸收或放大有关。

4. 谱线的线型因子中分为均匀加宽线型因子和非均匀加宽线型因子。请问为什么原子辐射会有线型，或辐射宽度？两种不同线型因子的区别是啥？

答：原子发射的光是在频率υ附近某个频率范围内的，故产生了谱线加宽，即是辐射宽度。

均匀加宽中，每个原子有相同的中心频率，对辐射场有相同

的响应，每个单独原子的谱线和整个体系的谱线作同样的展宽；而在非均匀加宽中，每个原子具有不同的中心频率，它们对其中心频率附近小范围内的辐射做出贡献，在没有展宽单个原子谱线的情况下使整个体系的谱线予以展宽。

5. 线型因子中又分为洛伦茨线型和高斯线型，它们分别对应着那种加宽机理？

答：洛伦兹线型对应自然加宽和碰撞加宽； 高斯线型对应多普勒加宽。

6. 非均匀加宽介质对应的辐射线型因子的主要特点是什么？以气体的多普勒加宽为例说明。

答：是高斯分布函数，满足归一化条件，有最大值。 多普勒线性函数就是原子数按表观中心频率的分布函数

c?m?~?gD??,?0???e??0?2?kbT??12?mc22????v?v??02???2kbTv0? （1）具有高斯函数形式

12c?m??gD??,?0??? 当???0时，具有最大值 ~?? ；

?0?2?kbT?gD??,?0??式（1）也可改写为下述形式~2?In2???e??D???12?4In2????0?2????2????D??

满足归一化条件

7，建立四能级系统的速率方程的主要考虑是什么？一共有几个方程？写出其中的光子数变化方程的表示，并说明各个物理量的意义。 答： 5个方程；

dNl?Nlf2??????n?n??,?vN?20l?121dt?f?Rl1??；

vNl光子数密度 ；?21??,?0?发射截面 ；子寿命

工作物质中的光速;?Rl 光

7. 速率方程主要描述了什么物理量的变化规律？求解速率方程的主要目的是为了解决那些物理问题？ 答：能量粒子数密度随时间变化的微分方程；

研究各能级粒子数随光强的关系

8. 饱和效应对均匀加宽和非均匀加宽的影响有何不同？烧孔效应的物理机理是什么？

答：均匀加宽情况下的增益饱和效应的强弱与频率有关，在中

心频率处饱和效应最强，偏离中心频率越远饱和效应越弱。对于非均匀加宽，饱和效应的强弱与频率无关。 烧孔效应：在非均匀加宽情况下，当频率为V，强度为I

的强光入射时，将引起V一定范围内反转粒子数的增益饱和，使各自与频率的关系曲线上烧出一个孔来，即是烧孔效应，表示入射光I对反转粒子数的选择性消耗。

第三章 激光器的振荡特性

1. 激光器的振荡阈值中有翻转粒子数阈值和增益阈值，它们和那些物理量相关？

答：不同模式（频率）具有不同的受激辐射截面，反转粒子数密度不同，则反转粒子数阈值不同；阈值增益系数由单程损耗决定，不同纵模具有相同的阈值，不同横模具有不同的单程损耗，其阈值增益不同。

2. 请描述空间烧孔效应的物理过程。

答：当频率一定的纵模在腔内形成稳定振荡事产生一个驻波场。波腹处光强最大，波节处光强最小，消耗反转粒子数后，波腹处光强最小而波节处光强最大，则形成了空间烧孔。可见空间烧孔的形成过程由驻波腔和粒子空间转移慢引起的。

3. 请描述短脉冲激发过程中的弛豫震荡过程的物理机理。 答：四个阶段。（激光器的尖峰效应的四个阶段）

4. 激光器的频率牵引过程指的是与纵模间相关的物理过程，请简述物理机理？

答：当激光器的纵模频率与增益介质的中心频率不重合时，纵模频率在振荡过程中会牵向中心频率靠拢。由于腔内增益介质的折射率吧对振荡频率存在色散，这种色散关系与激活介质的增益系数及增益曲线有关。在有源腔中，由于增益物质的色散，纵模频率比无源腔纵模频率更靠近谱线中心频率，则就是频率牵引。

5. 激光器的无源腔和有源腔的线宽与那些物理量有关？ 答：无源腔线宽由无源腔内的光子寿命决定，有源腔的线宽取决于净损耗δ。