2024年北京工業大學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大學材料與制造學部激光工程研究院(0803) 光學工程、(085408)光電信息工程(專業學位)中 02 方向和理學部(0803)光學工程學科的碩士研究生招生考試。
掌握激光器基本結構，掌握激光原理中的基本概念、原理、計算，了解相關激光技術和幾種典型激光器特點，能夠利用理論知識分析激光器中的典型現象，并根據需要設計基本的激光光路以解決實際問題。
二、考試范圍
(一)激光的基本知識
1. 光波模式及光子的基本特性
2. 理解自發輻射、受激輻射、受激吸收三個過程;三個愛因斯坦系數及其關系、躍遷幾率的含義
3. 掌握粒子數反轉分布的概念
4. 激光器三個基本組成部分
5. 激光的特性及其重要參數計算
6. 三能級和四能級激光器系統的工作原理
(二)光學諧振腔的基本知識
1. 橫模概念及圖樣識別，基橫模的特點
2. 縱模概念及相關計算，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計算
4. 腔壽命和品質因數 Q 的概念及計算
5. 菲涅耳數的概念與計算。
6. 幾種常見光學元件系統的光學變換矩陣
7. 諧振腔的穩定性條件及判別
8. 一般穩定球面腔與對稱共焦腔的等價關系
(三)譜線加寬和線型函數
1. 譜線加寬的概念和分類
2. 線寬和線型函數的概念
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理。掌握它們各自的線寬的計算
5. 多普勒加寬的表觀中心頻率和表觀中心波長的概念及計算
6. 理解單模振蕩速率方程組中各項的含義。根據激光三能級和四能級系統圖， 應能寫出相應的速率方程組
(四)介質對光的增益
1. 增益系數的定義及不同加寬類型不同信號強弱下增益系數的計算
2. 增益曲線的帶寬的定義和計算
3. 增益飽和現象和機理
4. 理解增益飽和的“燒孔效應”的原理，掌握燒孔位置和燒孔深度的計算
5. 吸收截面、發射截面的概念及計算
6. 常見的激光放大器分類
7. 放大的自發輻射的概念及計算
(五)激光振蕩特性
1. 計算均勻加寬激光器單橫模情況下的起振縱模數
2. 掌握激光形成的閾值條件，閾值增益系數、閾值反轉粒子數密度的定義及表達式
3. 了解閾值泵浦功率(能量)的概念;三能級系統所需閾值能量與四能級系統所需閾值能量的不同之處
4. 了解模式競爭和空間燒孔的概念;理解模式競爭與空間燒孔對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. 連續激光器輸出功率的計算
(六)激光器特性的控制與改善
1. 改善激光器輸出光的時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. 掌握幾種常用的穩頻技術及其原理
5. 常用的調 Q 技術種類及其基本原理
6. 鎖模技術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、脈沖寬度的計算
(七)高斯光束
1. 穩定球面腔基模高斯光束主要參量的含義及計算：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，光束的遠場發散角，共焦參量等
2. 了解基模高斯光束振幅的分布規律，等相面在空間的分布規律
3. 模體積的基本概念
4. 高斯光束 q 參數的含義及表達式，q 參數與光斑半徑和等相面曲率半徑的關系
5. 高斯光束 q 參數的變換所遵循的規律，利用 ABCD 法則分析高斯光束的傳輸和變換問題
6. 計算高斯光束經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直的含義，理解單透鏡焦距以及束腰到透鏡距離對高斯光束的聚焦與準直效果的影響
(八)開放式設計與應用測試
1. 利用激光原理的基本知識和常見的光學元件，搭建滿足需求的激光光路，實現對激光器輸出特性的控制
2. 針對幾種典型的激光器，通過對諧振腔各項參數的分析計算，評估激光器的工作狀態
三、參考書
1. 周炳琨等.激光原理[M].(第 7 版).北京：國防工業出版社
2. 俞寬新等. 激光原理與激光技術.北京：北京工業大學出版社
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