1. 世界上第一台激光器是由美国休斯公司实验室一位从事红宝石荧光研究的年轻人_________在_________年研发的。
2. 自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为（ ） 3.原子受激辐射的光与外来引起受激辐射的光具有相同的（ ） ①频率、②发散角、③量子状态、④偏振、⑤传播方向 A.①②③④B.①③④⑤C.①②③ D.③④⑤ 4爱因斯坦三系数之间的关系？
5. 激光具有四大特性，即_________、_________、_________、_________。
6.在体积为V的空腔内，处在频率为附近频带d内的模式数：_________。
7.普通光源发光的机制？
8.试写出相干长度、相干面积、相干体积的数学表达式，及物理意义。 9.黑体辐射的普朗克公式？ 10.课后题23页第6题。 一：填空：
1.为了使高斯光束获得良好聚焦，常采用的方法有_________、_________、_________。 2.光腔的损耗大致包含如下几个方面_________、_________、_________、_________。
3.任何一个共焦腔与_________等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔_________地等价于一个共焦腔。 4.利用薄透镜对高斯光束实现自再现变换的条件_________。
5.一两块球面镜组成的直腔，腔长为L，球面镜的曲率半径分别为R1和R2，写出其往返矩阵的表达式。 二：选择
1对称共焦腔在稳定图上的坐标为 ( )
A.（-1，-1）B.（0，0）C.（1，1） D.（0，1） 2.在方型对称情形，TEM11对应的花样（ ） A.B.C.D.
E.
3.谐振腔的纵模共振频率为（） A.?q?qc2?LB.?q?q2?L2?L C.?q?D.0 cc4.对称共焦腔基模的远场发散角为（） A．2???L4?2? B．2??C．2??2??L?L D．2??2?2?L
5. 腔长为0.5米,μ=1.5,纵模间隔为（） A.1.5?108HZB.2?108HZC. 3?108HZD.4?108HZ
6. 一平凹腔,其凹面镜的半径R小于腔长L,它是( ) A.稳定腔B.临界腔 C. 非稳腔D.不能确定 三：计算题
1）考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔，波长?＝0.5145?m，腔长L＝1m，腔镜曲率半径R1=1.5m，R2=4m。试计算光腰尺寸和位置及焦参数。 2）某高斯光束的腰斑半径位面曲率半径。 一：选择题
1.自然增宽谱线为（ ）
A.高斯线型 B.抛物线型 C.洛仑兹线型 D.双曲线型 2.多普勒增宽谱线为（ ）
A.高斯线型 B. 抛物线型 C. 洛仑兹线型 D. 双曲线型 3.自然加宽是由于（ ）引起
A. 激发态有一定的寿命 B.粒子的碰撞C.多普勒效应 D.粒子的振动 4.属于均匀加宽的是（ ）
A.自然加宽 B. 多普勒加宽 C. 碰撞加宽 D. 晶格振动加宽 5．碰撞增宽谱线为（ C ）
A. 高斯线型 B.抛物线型 C. 洛仑兹线型 D.双曲线型
6．CO2谱线的多普勒增宽为53MHz，中心频率所对应的谱线函数极大值为（ ）
7．多普勒加宽发生在 （ ）介质中
A固体 B液体C气体 D等离子体
光波长
。求与腰斑相距z=30cm处的光斑及等相
8. 多普勒加宽宽度可表示为( )
A B
C D
9.某种谱线加宽的特点是：每个发光原子都以整个线型发射，不能将线性函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来。或者说，每一个发光原子对光谱线内任意频率都有贡献。则该种加宽是（） A.均匀加宽 B. 非均匀多普勒加宽 C.多普勒加宽 D. 晶格缺陷加宽 二：简述题：
1. 激光谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽，简述这两种加宽的产生机理、谱线的基本线型。 三：计算题
2.氦氖激光器中Ne能级2S2-2P4的谱线为1.1523μm。这条谱线的自发辐射几率A为6.54×106s秒, 放电管气压P≈260帕，碰撞系数α≈700KHz/帕，激光温度T = 400K， M =112。 试求:（1）均匀线宽Δν
H
20
-1
；（2）多普勒线宽ΔνD；（3）分析在气体激光器中, 哪种线宽占优势。
答：如果引起加宽的物理因数对每一个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽。自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽均属均匀加宽类型。
非均匀加宽是原子体系中每一个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献。多普勒加宽和固体晶格缺陷属于非均匀加宽。 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 6?4??24? 简答 6?6??36? 计算 12??15??27? 论述 1?13??13? 1.什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内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。 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。 相格(page6):在三维运动情况下，测不准关系为?x?y?z?Px?Py?Pz个光子态对应（或占有）的相空间体积元为?x?y?z?Px?Py?Pz?h3，故在六位相空间中，一?h3，上述相空间体积元称为相格。 2.如何理解光的相干性？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。 相干时间(page7)：光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。 相干长度：相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。 ?相干面积： 相干体积(page7)：如果在空间体积内各点的光波场都具有明显的相干性，则称为相干体积。 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决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。 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的热平衡情况下，它所吸收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）平衡状态，这种平衡必然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衡辐射。 8?h?3Planck公式(page10)：???c31eh?kbT ?1物理意义(page10)：在单位体积内，频率处于附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，并写出它们的特征和跃迁几率。Page10 答：(1)自发辐射 过程描述(page10)：处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并发射一个能量为的光子，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。 特征：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始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。 自发跃迁爱因斯坦系数：(2)受激吸收 过程描述(page12)处于低能态的一个原子，在频率为的辐射场作用（激励）下，吸收一个能量为的光子并向能态跃迁，这种过程称为受激吸收跃迁。 特征：a) 只有外来光子能量h?还与辐射场的有关。 受激吸收跃迁概率(page12)：W12(3)受激辐射 过程描述(page12)：处于上能级的原子在频率为的辐射场作用下，跃迁至低能态并辐射一个能量为的光子。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。 特征：a) 只有外来光子能量h?受激辐射跃迁概率：W21A21?1?s ?E2?E1时，才能引起受激辐射。b)跃迁概率不仅与原子性质有关，?B12?v（为受激吸收跃迁爱因斯坦系数，为辐射场） ?E2?E1时，才能引起受激辐射；b) 受激辐射所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。 ?B21?v（为受激辐射跃迁爱因斯坦系数，为辐射场） 6.Einstein系数有哪些？它们之间的关系是什么？Page13 答：系数(page11-12)：自发跃迁爱因斯坦系数，受激吸收跃迁爱因斯坦系数，受激辐射跃迁爱因斯坦系数 8?h?3B21，f1,f2为E1,E2能级的统计权重(简并度)关系(page13)：B21f1?B12f2，A21?c3 17.试证明，由于自发辐射，原子在能级的平均寿命为?s?。Page13 A21证明：根据自发跃迁概率定义 ?dn?1A21??21??dt?spn2(1) ?dn21?sp表示在时间内由于自发跃迁引起的由向跃迁的原子数。 在单位时间内能级减少的粒子数为 dndn2?dn????21?将(1)式带入得 2??A21n2 dtdt?dt?sp