激光器件与技术部分习题.ppt.ppt
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(4)使用氦的同位素可提高输出功率,实验表明:
在充He-3时输出功率可提高25%左右,但He-3比He-4的价格要高很多。
1.计算光强比和增益系数。
(1)一质地均匀的材料对光的吸收系数为0.1cm-1,光通过10cm长的该材料后,出射光强为入射光强的百分之几?
(2)一光束通过长度为100cm的均匀激励的工作物质,如果出射光强是入射光强的两倍,试求该物质的增益系数。
第二章习题,已知:
(1),;
(2),,.,求:
(1);
(2).,
(2)由得:
2.实验测得He-Ne激光器以波长工作时的小信号增益系数为=310-3cm-1。
设饱和光强Is=30W/cm2时,以非均匀增宽计算腔内光强=50W/cm2时的增益系数G;为保持振荡稳定,设反射镜R2的反射率为1,腔长l=10cm,问R1的反射率最小为多少(除透射损耗外,腔内其它损耗的损耗率=910-4cm-1)?
又设光斑面积A1.110-2cm2,反射镜反射系数R1=0.992,问R1端输出光功率为多少毫瓦。
解:
(1),
(2)由得:
于是可得R1的最小值为,(3),1.波数也常用作能量的单位,1cm-1能量等于()A.1.2410-7eV;B.1.2410-6eV;C.1.2410-5eV;D.1.2410-4eV。
2.自发辐射具有下列性质()A.各向同性;B.单色性不好;C.非相干的;D.频率范围宽;E.无确定偏振。
3.原子受激辐射的光与外来的引起受激辐射的光具有()A.同频率;B.同发散角;C.同量子状态;D.同偏振方向;E.同传播方向。
D,A、B、C、D、E,A、C、D、E,第三章习题,不同发散角因为衍射导致,4.属于同一状态的光子或同一模式的光波是()A.相干的;B.部分相干的;C.不相干的;D.非简并的。
解:
答:
每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是5.031019个。
A,5.如果激光器在输出1W连续功率,则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少?
1瓦=1焦耳/每秒,6.设某固体激光器谐振腔长50cm,固体激光介质棒长30cm,其折射率为1.6,其本征纵模的频率间隔是多少?
解:
由驻波形成条件得两相邻纵模间隔为,带入已知条件得纵模的频率间隔为,答:
略。
7.设激光器谐振腔长1m,两反射镜的反射率分别为80%和90%,腔内无激活物质,且其它损耗不计,分别求光在腔内往返2周及t=10-8秒时间的光强是初始光强的倍数。
解:
首先假设单位长度激光介质的增益为G,除反射损耗以外的其它损耗为,并设入射光强为I0,则往返一周的光强Iout为,考虑反射镜损耗,激光器起振条件为,代入上式得:
所以得激光器的阈值条件为,因为该题无增益(G=0,除反射镜的反射损耗外,无其他损耗)。
(1)往返两周上式书为,把两反射镜的反射率代入得,则往返一周光强比为,由此可知,经过t=10-8s光在腔内可走三个单程。
三个单程有可能M2两次反射,M1一次反射;也有可能M1两次反射,M2一次反射。
(2)经过t=10-8s所走距离S为,则两种情况的光强比分别为:
M1反射一次,M2反射两次,M2反射一次,M1反射两次,解:
三种跃迁的多普勒线宽用GHz表示分别为:
三种情况用m表示则分别为:
三种情况用相位常数(cm-1)表示则分别为:
三种情况用cm-1表示则分别为:
三种情况用cm-1表示,且由能量换算因子得:
答:
略。
热透镜效应:
当棒内折射率变化时,一般棒中心折射率高,向外逐渐减小,光通过这种棒时,与通过正透镜相类似,因此称之为热透镜效应。
1.一KDP电光晶体,l=3cm,d=1cm,在=0.5m时,no=1.51,ne=1.47,63=10.510-12mV-1。
试比较该晶体分别纵向运用和横向运用,在相位延迟为=/2时,外加电压的大小各是多少?
解:
纵向运用时,由得,一、第一次作业,已知:
l=3cm,d=1cm,=0.5m,no=1.51,ne=1.47,63=10.510-12mV-1,=/2。
求:
纵向和横向应用U/2=?
横向运用没有进行温度补偿时:
由得,横向运用有温度补偿时:
由得,答:
纵向运用时其半波电压是3.46kV,横向运用无温度补偿时半波电压是2.21104kV,有温度补偿时半波电压是。
2.LiNbO3晶体在=0.55m时,no=2.29,电光系数22=3.410-12mV-1,试讨论其沿x2方向外加电压,光沿x3方向传播的电光延迟和相应的半波电压特性。
解:
电场E沿x2方向,则E1=0,E2=E,光沿x3方向传播l的距离后,由线性电光效应引起的光电延迟为,已知:
=0.55m,no=2.29,22=3.410-12mV-1。
求:
半波电压U=?
由得,则得半波电压为,3.一KDP电光晶体,已知下列数据:
l=3cm,d=1cm,=0.5m时,no=1.51,ne=1.47,63=10.510-12mV-1。
试比较该晶体分别纵向运用和横向运用时的调制功率。
解:
纵向运用时,由得,求:
纵向运用和横向运用时的调制功率P=?
又由得,横向运用无温度补偿时:
,即,又由得,由得,横向运用有温度补偿时:
由得,答:
纵向运用时的调制功率是1.878kW,横向运用时的调制功率是7.70109kW。
又由得,4.设计一个实验装置,测量KDP晶体的电光系数63,画出原理图,写出测量步骤。
解:
测量原理图如下图(以纵向电光调制为例),根据晶体纵向电光调制原理,晶体的光强透过率与外加电压有关,即,测量步骤为:
以波长为,光强为Ii平面单色光平行于x3轴入射;,经过主轴x3的折射率为KDP晶体的折射率no,其外加电压为U;,检测出射光强It;,由得电光系数为,二、第二次作业,1.当频率fs=40MHz的超声波在熔凝石英声光介质中(n=1.54)建立起超声场(vs=5.96105cm/s),试计算波长为=1.06m的入射光满足布拉格条件的布拉格角。
已知:
fs=40MHz=40106Hz,n=1.54,vs=5.96105cms-1=596ms-1,=1.06m=1.0610-6m。
求:
布拉格角,解:
由得,2.一钼酸铅声光调制器,对He-Ne激光进行调制,已知声功率Ps=1W,声光相互作用长度L=1.8mm,换能器宽度H=0.8mm,M2=36.310-15s3kg-1。
试求钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。
已知:
Ps=1W,L=1.810-3m,H=0.810-3m,M2=36.310-15s3kg-1。
解:
由得,答:
布拉格角为。
答:
钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率为3.0%。
液体冷却的两种方式,全腔整体冷却方式结构简单、体积小,适用于小型聚光腔情况。
缺点是,冷却液沉淀物污染棒、灯、腔,造成输出下降。
全腔整体冷却,分别冷却,优点:
冷却效果好,不污染光腔表面。
适用于大功率输出的器件。
液体对泵灯和激光棒分别冷却:
缺点:
流动管道和封接环节多,结构复杂.此外玻璃套管影响泵浦效率.,
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