2024年北京工業(yè)大學(xué)非全日制研究生招生考試《激光原理》考試大綱

　　一、基本要求

　　激光原理考試大綱適用于北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部激光工程研究院(0803) 光學(xué)工程、(085408)光電信息工程(專業(yè)學(xué)位)中 02 方向和理學(xué)部(0803)光學(xué)工程學(xué)科的碩士研究生招生考試。

　　掌握激光器基本結(jié)構(gòu)，掌握激光原理中的基本概念、原理、計(jì)算，了解相關(guān)激光技術(shù)和幾種典型激光器特點(diǎn)，能夠利用理論知識(shí)分析激光器中的典型現(xiàn)象，并根據(jù)需要設(shè)計(jì)基本的激光光路以解決實(shí)際問題。

　　二、考試范圍

　　(一)激光的基本知識(shí)

　　1. 光波模式及光子的基本特性

　　2. 理解自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收三個(gè)過程;三個(gè)愛因斯坦系數(shù)及其關(guān)系、躍遷幾率的含義

　　3. 掌握粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的概念

　　4. 激光器三個(gè)基本組成部分

　　5. 激光的特性及其重要參數(shù)計(jì)算

　　6. 三能級(jí)和四能級(jí)激光器系統(tǒng)的工作原理

　　(二)光學(xué)諧振腔的基本知識(shí)

　　1. 橫模概念及圖樣識(shí)別，基橫模的特點(diǎn)

　　2. 縱模概念及相關(guān)計(jì)算，如相鄰縱模頻率間隔，本征縱模線寬等

　　3. 諧振腔損耗率及相關(guān)計(jì)算

　　4. 腔壽命和品質(zhì)因數(shù) Q 的概念及計(jì)算

　　5. 菲涅耳數(shù)的概念與計(jì)算。

　　6. 幾種常見光學(xué)元件系統(tǒng)的光學(xué)變換矩陣

　　7. 諧振腔的穩(wěn)定性條件及判別

　　8. 一般穩(wěn)定球面腔與對(duì)稱共焦腔的等價(jià)關(guān)系

　　(三)譜線加寬和線型函數(shù)

　　1. 譜線加寬的概念和分類

　　2. 線寬和線型函數(shù)的概念

　　3. 了解均勻加寬和非均勻加寬的概念。掌握洛侖茲線型公式

　　4. 理解自然加寬、碰撞加寬和多普勒加寬的形成機(jī)理。掌握它們各自的線寬的計(jì)算

　　5. 多普勒加寬的表觀中心頻率和表觀中心波長(zhǎng)的概念及計(jì)算

　　6. 理解單模振蕩速率方程組中各項(xiàng)的含義。根據(jù)激光三能級(jí)和四能級(jí)系統(tǒng)圖， 應(yīng)能寫出相應(yīng)的速率方程組

　　(四)介質(zhì)對(duì)光的增益

　　1. 增益系數(shù)的定義及不同加寬類型不同信號(hào)強(qiáng)弱下增益系數(shù)的計(jì)算

　　2. 增益曲線的帶寬的定義和計(jì)算

　　3. 增益飽和現(xiàn)象和機(jī)理

　　4. 理解增益飽和的“燒孔效應(yīng)”的原理，掌握燒孔位置和燒孔深度的計(jì)算

　　5. 吸收截面、發(fā)射截面的概念及計(jì)算

　　6. 常見的激光放大器分類

　　7. 放大的自發(fā)輻射的概念及計(jì)算

　　(五)激光振蕩特性

　　1. 計(jì)算均勻加寬激光器單橫模情況下的起振縱模數(shù)

　　2. 掌握激光形成的閾值條件，閾值增益系數(shù)、閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的定義及表達(dá)式

　　3. 了解閾值泵浦功率(能量)的概念;三能級(jí)系統(tǒng)所需閾值能量與四能級(jí)系統(tǒng)所需閾值能量的不同之處

　　4. 了解模式競(jìng)爭(zhēng)和空間燒孔的概念;理解模式競(jìng)爭(zhēng)與空間燒孔對(duì)激光器輸出模式的影響

　　5. 了解蘭姆凹陷及其形成的原因

　　6. 連續(xù)激光器輸出功率的計(jì)算

　　(六)激光器特性的控制與改善

　　1. 改善激光器輸出光的時(shí)空相干性的常用方法，獲得窄脈沖高峰值功率的激光束的常用方法

　　2. 橫模選擇的基本原理及常用方法

　　3. 縱模選擇的基本原理及常用方法

　　4. 掌握幾種常用的穩(wěn)頻技術(shù)及其原理

　　5. 常用的調(diào) Q 技術(shù)種類及其基本原理

　　6. 鎖模技術(shù)的目的和意義及常用鎖模方法

　　7. 鎖模脈沖的輸出功率、相鄰脈沖峰值間隔、脈沖寬度的計(jì)算

　　(七)高斯光束

　　1. 穩(wěn)定球面腔基模高斯光束主要參量的含義及計(jì)算：束腰光斑的大小，束腰光斑的位置，鏡面上光斑的大小，任意位置激光光斑的大小，等相位面曲率半徑，光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，共焦參量等

　　2. 了解基模高斯光束振幅的分布規(guī)律，等相面在空間的分布規(guī)律

　　3. 模體積的基本概念

　　4. 高斯光束 q 參數(shù)的含義及表達(dá)式，q 參數(shù)與光斑半徑和等相面曲率半徑的關(guān)系

　　5. 高斯光束 q 參數(shù)的變換所遵循的規(guī)律，利用 ABCD 法則分析高斯光束的傳輸和變換問題

　　6. 計(jì)算高斯光束經(jīng)過透鏡變換前后的束腰大小及位置及任意位置光斑的大小

　　7. 理解高斯光束的聚焦和準(zhǔn)直的含義，理解單透鏡焦距以及束腰到透鏡距離對(duì)高斯光束的聚焦與準(zhǔn)直效果的影響

　　(八)開放式設(shè)計(jì)與應(yīng)用測(cè)試

　　1. 利用激光原理的基本知識(shí)和常見的光學(xué)元件，搭建滿足需求的激光光路，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器輸出特性的控制

　　2. 針對(duì)幾種典型的激光器，通過對(duì)諧振腔各項(xiàng)參數(shù)的分析計(jì)算，評(píng)估激光器的工作狀態(tài)

　　三、參考書

　　1. 周炳琨等.激光原理[M].(第 7 版).北京：國防工業(yè)出版社

　　2. 俞寬新等. 激光原理與激光技術(shù).北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社