激光原理简答题整理
1.什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只系数，为辐射场）(3)受激辐射:处于上能级的原子在频率为的辐射场答：（1)激光的方向性越好，它的空间相干性程度越高。（2)激光的相干时间和单色性存在着简单关系，即单色越好，相干时间越长。（3)激光具有很高的亮度，激光的单色亮度，由于激光具有极好的方向性和单色性，因而具有极高的光子简并度和单色亮度。13.什么是谐振腔的谐振条件？如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数冃？答：（1)谐振条件：谐振腔内的光要满足相长干涉条件（也称为驻波条件）。波从某一点出发，经腔能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。作用下，跃迁至低能态并辐射一个能量为的光子。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。2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度？答：光的相干性：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:光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。特征：a)只有外来光子能量时，才能引起受激辐射；)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。受激辐射跃迁概率：（为受激辐射跃迁爱因斯坦系数，为辐射场）6.激光器速率方程中的系数有哪些？它们之间的关系是什么？相干长度:相干光能产生干涉效应的最大光程差，等答：自发跃迁爱因斯坦系数，受激吸收跃迁爱因斯于光源发出的光波的波列长度。坦系数，受激辐射跃迁爱因斯坦系数关系：3.何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源7.激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是的光子简并度与它的相干性什么联系？什么？答:光子简并度:处于同一光子态的光子数称为光子答:激光工作物质:用来实现粒子数反转和产生光的简并度。光子简并度有以下几种相同含义:同态光受激发射作用的物质体系。接收来自泵浦源的能量，子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光对外发射光波并能够强烈发光的活跃状态，也称为子数、处于同一相格内的光子数。联系:激光源的激活物质。泵浦源:提供能量，实现工作物质的粒子光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，数反转。光学谐振腔:a)提供轴向光波模的正反馈；激光源的相干性越好。)模式选择，保证激光器单模振荡，从而提高激光4.什么是黑体辐射？写出公式，并说明它的物理器的相干性。意义。8.什么是热平衡时能级粒子数的分布？什么是粒答：黑体辐射:当黑体处于某一温度的热平衡情况下，子数反转？如何实现粒子数反转？它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑答:热平衡时能级粒子数的分布:在物质处于热平衡体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种状态时，各能级上的原子数（或集居数）服从玻尔平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种兹曼分布。粒子数反转:使高能级粒子数密度大于低辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。物理意义:在单位能级粒子数密度。体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电如何实现粒子数反转:外界向物质供给能量（称为激磁辐射能量。励或泵浦过程），从而使物质处于非平衡状态。5.描述能级的光学跃迁的二大过程，并写出它9.如何定义激光增益？什么是小信号增益？大信们的特征和跃迁几率。号增益？增益饱和？答：(1)自发辐射:处于高能级的一个原子自发的向答oo激光增益定义:表示光通过单位长度激活物质跃迁，并发射一个能量为hv的光子，这种过程称后光强增长的百分数。小信号增益:当光强很弱时，为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发集居数差值不随z变化，增益系数为一常数，称为辐射。线性增益或小信号增益。大信号增益:在放大器中特征：a)自发辐射是一种只与原子本身性质有关而入射光强与（为饱和光强）相比拟时，，为大信号与辐射场无关的自发过程，无需外来光。)每个发增益。增益饱和:当光强足够强时，增益系数g也随生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原着光强的增加而减小，这一现象称为增益饱和效应。子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差10.什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什不一，所以各列光波频率虽然相同，均为V，各列么？答:自激振荡:不管初始光强多么微弱，只要放光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方大器足够长，就总是形成确定大小的光强，这就是向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，自激振荡的概念。即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，产生条件:满足腔的谐振条件，成为腔的梳状模之一；所以自发辐射的光是非相干光。自发跃迁爱因斯坦频率落在工作物质的谱线范围内，即对应增益系数系数：大于等于阈值增益系数。(2)受激吸收:处于低能态的一个原子，在频率为的11.激光的基本特性是什么？辐射场作用（激励）下，吸收一个能量为的光子并答:激光四性:单色性、相干性、方向性和高亮度。向能态跃迁，这种过程称为受激吸收跃迁。这四性可归结为激光具有很高的光子简并度。特征：a)只有外来光子能量时，才能引起受激辐射。12.如何理解激光的空间相干性与方向性？如何)跃迁概率不仅与原子性质有关，还与辐射场的有理解激光的时间相干性？如何理解激光的相干光关。受激吸收跃迁概率：（为受激吸收跃迁爱因斯坦强？第1页共6页内往返一周再回到原来位置时，应与初始出发波同相（即相差为的整数倍）。如果以表示均匀平面波在腔内往返一周时的相位滞后，则可以表示为。A为光在真空中的波长，L为腔的光学长度，q为正整数。(2)如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目、纵模的频率、纵模间隔：纵模的数目：对于满足谐振条件频率为的波，其纵模数目，为小信号增益曲线中大于阈值增益系数的那部分曲线所对应的频率范围(振荡带宽）。14.在激光谐振腔中一般有哪些损耗因素，分别与哪些因素有关？答：损耗因素:a、几何偏折损耗：与腔的类型、腔的几何尺寸、模式有关。、衍射损耗：与腔的菲涅尔数、腔的几何参数、横模阶次有关。c、腔镜反射不完全引起的损耗：与腔镜的透射率、反射率有关。d、材料中的非激活吸收、散射、腔内插入物所引起的损耗：与介质材料的加工工艺有关。15.哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关系如何？（P29-31)答：(1)描述参数:a)平均单程损耗因子：（为初始光强，为往返一周后光强）)腔内光子的平均寿命：c)品质因数：⑵去重：腔的损耗越小，平均单程损耗因子越小，腔内光子的平均寿命越长，品质因数越大。16.如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？答：开腔镜面上，经过足够多次往返后，能形成这样一种稳恒场，其分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次能够再现出发时的场分布。这种稳恒场经一次往返后，唯一可能的变化是，镜面上各点的场分布按同样的比例衰减，各点的相位发生同样大小的滞后。把这种开腔镜面上的经一次往返能再现的稳恒场分布称为开腔的自再现模。17.求解菲涅尔-基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么？答：本征函数:描述腔的一个自再现模式或横模。其模描述镜面上场的振幅分布，幅角描述镜面上场的相位分布。本征倌:表示自再现模在渡越一次时的幅值衰减和相位滞后。其模值量度自再现模在腔内往返一次的功率损耗，幅角量度自再现模的单程相移，从而也决定模的谐振频率。
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copyright@ 2013- Inc. All Rights Reserved 果果文库 版权所有 联系站长: ; 经营许可证编号:浙ICP备号我是一个物理学爱好者，对诸如此类的前沿科学都感兴趣，也看了很多的科普书籍，对其中的一个“黑体辐射”的概念理解始终都不很清楚。
根据我的理解，“宇宙大爆炸”有3个论据支持：星系的相互远离(即宇宙膨胀）、氢氦元素（以及稍近的锂元素）的丰度比和微波背景辐射。而其中“
我是一个物理学爱好者，对诸如此类的前沿科学都感兴趣，也看了很多的科普书籍，对其中的一个“黑体辐射”的概念理解始终都不很清楚。
根据我的理解，“宇宙大爆炸”有3个论据支持：星系的相互远离(即宇宙膨胀）、氢氦元素（以及稍近的锂元素）的丰度比和微波背景辐射。而其中“最重要”的，可以说就是微波背景辐射了，因为它的谱线，是完美的"黑体辐射谱线"。
我对此始终不是理解，这个“黑体辐射谱线”到底说明了什么。我仔细看这个谱线，描述的是随波长的变化，其辐射功率有所不同，也就是说不同的频率，辐射功率不同。这又说明了什么呢？是说明了宇宙曾经有一段时间处于高温状态，还是说明曾经有一段时间各处温度相同，抑或是兼而有之呢？
还有一个问题。传统的大爆炸理论有一个bug：认为宇宙早期不可能处于“热平衡”状态，而对背景辐射的观测却又说明各处温度相同（也就是黑体辐射所揭示的,（我假设黑体谱线意味着均热），于是诞生了“暴涨”理论，这是对传统爆炸理论的一个修正。我看了半天的书《宇宙的琴弦》，也没看懂为早期宇宙不可能达到热平衡，而暴涨理论又是如何避免的。恕我数学知识不够。不知是否有网友能够用简洁的语言帮我解释一下。
最后一个让我糊涂的问题。既然大爆炸理论认为早期宇宙不可能达到热平衡，那意味着“热平衡”的黑体辐射谱线被发现的时候（我假设黑体谱线意味着热平衡），不就宣告了大爆炸的破产么，怎么还拿来作为大爆炸的证据大肆宣传呢？
希望网友回答。谢谢！
黑体辐射简单说来就是热平衡物体的辐射谱，其辐射的谱同物质的种类什么的都没有关系，只与辐射物质的温度有关。
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我仔细看这个谱线，描述的是随波长的变化，其辐射功率有所不同，也就是说不同的频率，辐射功率不同。这又说明了什么呢？
这个谱就说明它是一个黑体辐射谱，也就是光子达到了平衡时候的分布谱线。其关键你并没有说，我以上说过，黑体辐射谱只同温度有关，因此关键就是其温度。微波背景辐射被认为是宇宙演化的一个证据，之所以叫它微波背景辐射，是因为他的......
黑体辐射简单说来就是热平衡物体的辐射谱，其辐射的谱同物质的种类什么的都没有关系，只与辐射物质的温度有关。
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我仔细看这个谱线，描述的是随波长的变化，其辐射功率有所不同，也就是说不同的频率，辐射功率不同。这又说明了什么呢？
这个谱就说明它是一个黑体辐射谱，也就是光子达到了平衡时候的分布谱线。其关键你并没有说，我以上说过，黑体辐射谱只同温度有关，因此关键就是其温度。微波背景辐射被认为是宇宙演化的一个证据，之所以叫它微波背景辐射，是因为他的主要频段在微波波段，也就是说其温度已经很低了，经测量只有2.7K左右。这说明宇宙经过了巨大的膨胀，因为一开始爆炸的时候，宇宙中物质的温度奇高，冷到这个程度，说明经过了非常巨大的膨胀。你可以按照理想气体绝热膨胀，因此温度降低来理解。这样观测结果同用该模型算出的结果是一致的。
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关于辐射平衡的问题，因为早期宇宙很热，物质不想现在这样组成原子、分子，都处于电离状态（更早的时候可能是一些夸克之类的乱七八糟的东西组成的浆糊呢），光在这些带电子粒子组成的组织中是不能自由穿行的，你可以认为这种物质是不透明的，因此这些光碰到那些带电粒子后会被吸收、重新发射或者散射。直到膨胀到温度冷到许多带电微粒都中和为原子物质了，光才可以自由的在宇宙中穿梭，这时候如果整个宇宙的温度是平衡的那么光谱就是平衡的了。之后，物质的分布也就影响不了这个光谱的分布了。因为光子同这些物质已经不怎么相互作用了。所以说，微波背景辐射实际上是宇宙冷却到大致呈电中性时的照片，而不是刚开始大爆炸时的照片。
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你最后一个问题我以上应该也做了解答，另外，微波背景辐射的大尺度性（也就是到处都一样）、各向同性很好的说明了它是一个与宇宙演化有关的现象，而不仅仅是局部现象（比如银河系里面的某种过程引起的）。
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总之，大爆炸理论还是很吸引人的，但他确实也有很多问题。许多相关信息家还对其保持强烈的怀疑。其实大家都知道，它毕竟只是一种理论而已。
我个人认为，其中最可能有问题的地方就是其从奇点爆炸的说法，这个同他们大肆宣扬的黑洞的奇点一样，在现代物理中是很难被接受的。奇点附近的物理可能还需要我们长时间去努力研究，毕竟我们对那附近的观测太少了（可以说没有），许多说法都是猜想出来的。
其他答案（共2个回答）
先抄袭：“任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学相关信息原子球的外观是怎样的呢？怎样判断运动中的物体惯性的大小呢？有谁知道什么是惯性系呢？请问物质与作用力的关系是什么？摆动动作如何正确做？草坪草虫害综合防治有哪些呢？请问静止和匀速直线运动指的是什么？引力所产生的加速度是什么的结果呢？感冒了怎么办..............在离终点线约1米左右距离时，运动员应怎么...交流机辐射空气动力学门预真空灭菌器物理计算方法节能环保做法家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。”"不依赖于物质具体物性的"就是不考虑物体的质量、形状、能量、时间等，来研究辐射热平衡是热力学的概念（考虑物质的质量、能量、速度等）都涉及到温度 但有区别“黑体谱线意味着热平衡”要这样先考虑假设的条件（物理量的假设或前提）大爆炸理论和地心说与日心说一样幼稚，只是一种不断发展的宇宙观
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AB (选对但不全的得2分)
试题分析：光电效应说明光具有粒子性．故A正确；普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说．故B正确；玻尔建立了量子理论，能够很好解释氢原子发光现象，但是不能解释所有原子的发光现象．故 C错误；宏观物体粒子性明显，根据λ＝h /p 知，速度大波长短．故D错误．
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考点分析：
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满分5 学习网 . All Rights Reserved.　　指黑体发出的电磁辐射。不仅仅能全部吸收外来的，且散射电磁辐射的能力比同温度下的任何其它物体强。黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关。对于黑体的研究，使自然现象中的量子效应被发现。绝对黑体绝对黑体的制备　　绝对黑体：物体的吸收本领与υ和T无关，恒等于1，简称黑体。即绝对黑体辐射本领：，所以只要测量绝对黑体的辐射本领，即可获得热辐射的标准能谱。　　物体加热到高温时，就会发光，随着温度的升高，发光的颜色也不断变化，开始时是红光，然后逐渐变黄、变绿、变蓝、变白。实际上物体表面总是在不断地吸收接收到的电磁辐射，同时又不断地向外发射电磁辐射。物体表面吸收电磁辐射的能力和发射电磁辐射的能力成正比，吸收能力最强的物体发射能力也最强。光是一种电磁波，热辐射也是一种电磁波，但它和光不同，它不能被直接看到。黑色的物体对各种颜色的光都不反射、都吸收，对热辐射也是都不反射、都吸收。电磁辐射包括的范围很广，波长长的是通常的无线电长波、中波、短波、超短波、微波，波长再短的是，即热辐射，然后是可见光：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，接着又是不可见的，波长更短的是，然后是。如果某物体对所有各种波长的电磁辐射都完全不反射、都完全吸收，就称为“绝对黑体”。绝对黑体是吸收电磁辐射能力最强的物体，也就是发射电磁辐射能力最强的物体。　　绝对黑体是理想化的物理模型，实际物质不可能是真正的绝对黑体。一般用开小孔，内壁粗糙的空腔来制备绝对黑体。这是因为光射进小孔后，要经过内壁无穷次反射后，才有非常微弱的光从小孔重新射出，孔越小，从小孔处反射出的光越微弱，近似可看作光全部被吸收。用这种方法人们可以制备非常理想的绝对黑体，并测量黑体辐射谱。　　举个例来说，我们观测到宇宙背景辐射（CMBR），对应到一个约3K的黑体辐射，这暗示宇宙早期光是和物质达到平衡的。而随着时间演化，温度慢慢降了下来，但方程式依然存在。（频率和温度的效应抵销）黑体辐射规律黑体辐射定律　　对空腔（绝对黑体）加热，并测量其在不同温度下的热辐射曲线：　　实验满足以下规律：　　1. （Wien's displacement law）： =常数，即随着温度升高，热辐射峰值向短波高频方向移动。　　2. （Stefan and Boltzman's law）：黑体辐射本领与热力学温度四次方成正比，即：，叫作斯特番-玻耳兹曼常数。　　3. 为了解释黑体辐射的实验数据，维恩假设气体分子辐射频率只与其速度有关，得到维恩公式：，其中：为常量。　　4. 瑞利根据能量按自由度均分和经典电动力学，得到瑞利-金斯公式（Rayleighand Jeans law）：，显然这个公式对高频无效，因为此时能量密度趋于无限大，这就是著名的紫外灾难。相关背景紫外灾难　　研究具有一定温度的发射电磁辐射的规律，发射的电磁辐射包括的波长从很长到相当短的都有，辐射能量随辐射的频率形成一定的分布。如果黑体的温度很低，发射的电磁辐射主要是频率较低的，即波长较长的电磁辐射。如果黑体的温度较高，发射的电磁辐射主要是频率较高的，即波长较短的电磁辐射。1893年德国物理学家维恩（Wil-helm Wien）发现辐射能量最大的频率值正比于黑体的绝对温度，并给出辐射能量对频率的分布公式，这个公式在大部分频率范围内都与实验符合得很好，只在频率很小时与实验符合得不好（见图）。既然黑体辐射讨论的是电磁波的发射问题，电磁学中已经知道，带电粒子或电流作简谐振动时就将辐射，黑体辐射问题就应该可以在电磁学的理论基础上讨论解决。1899年，物理学家瑞利（Third Baron Rayleign）和家金斯（JamesHopwood Jeans）在电动力学和统计物理学的基础上从理论上又普遍导出一个辐射能量对频率的分布公式。在这个公式中，当的频率趋于无穷大时，辐射的能量是发散的。实际上，这个公式在频率小时与实验符合得很好，但在频率大时与实验严重不符合（见图），在这里，经典物理学理论碰到了严重的困难。由于频率很大的辐射处在紫外线波段，故而这个困难被称为“紫外灾难”。　　19世纪末，经典物理学体系已经在几乎所有方面都取得了巨大的成功。当时在许多科学家心中普遍存在着一种乐观的情绪，认为宏伟的科学大厦已经基本建立起来了，当然还有一些小问题没有解决，后辈的物理学家只要对现有的理论进行一些小小的补充和修正就能够解决了。的确，那时经典物理学已经成为一套相当完美的体系，人们能够用它来解释大到天体运行，小到烧一壶开水等形形色色的物理现象。但是，正如英国物理学家开尔文（Lord Kelvin）所说的，在物理学晴朗的天空的远处，还存在着两朵“乌云”。其中一朵指的是迈克尔孙-莫雷实验，它的结果否定了“以太”的存在，最终导致了的诞生，；另一朵指的就是“”，它使物理学家们最终建立了量子力学。这两朵乌云的存在，正在开始动摇经典物理学的基础，从而引发物理学史上一场伟大的革命。普朗克的量子假说黑体辐射频率分布图　　为了解决瑞利-金斯公式遇到的困难，1900年，物理学家普朗克（Max Planck）提出量子假说：频率为v电磁辐射的发射是按照最小能量单位hv的整数倍进行的。这里h是一个普适常数，称为普朗克常数。在这个假说的基础上，普朗克普遍导出一个新的辐射能量对频率的分布公式，这个公式在频率小时自动回到瑞利-金斯公式，在频率大时又自动回到维恩公式，对所有频率都与实验符合得很好（见图）。　　这个假说太富于革命性了，在它刚被提出时，没有人赞同它，甚至连普朗克本人都不喜欢它。的确，在经典物理学的思想里，能量是连续的，而在量子假说中，能量只能是一份一份地被发出来，这看上去是不可思议的。普朗克认为这个假说破坏了物理学的完美，实际上，他还曾经花费了15年的时光来试图找到一种能从经典物理学导出的方法来代替量子假说以解决科学家们在黑体辐射方面所遇到的困难。但是这个试探没有成功，只有采用量子假说，黑体辐射的理论才能与实验很好地符合。直到5年以后，瑞士美籍德国物理学家（Albert Einstein）的努力才真正使人们注意到了量子假说所闪现的光芒。普朗克常数　　既然能量是化的，那么为什么我们平时观察到的能量的传递都是连续的呢？问题的关键在上面，它的数值是h=6.-34J·s。　　这个数值实在是太小了，一般可见光的频率在1015的数量级，也就是说可见光的光量子的能量大约在10-19焦耳的数量级，这对于我们平时所接触到的宏观世界来说实在是微不足道的。就好像我们能望见一望无际的汪洋大海，却看不到海水里的水分子。同样，我们感觉不到能量子的存在，除非我们进入到了原子的尺度，从原子的角度来看待问题，量子效应就变得十分重要了。&
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