第一章1．说明受激辐射的科学含义：处于高能级E2的原子，在频率为EE12-h的外来光子的激励下，受激跃迁到低能级E1，并发射一个能量为h、且与外来激励光子处在同一光子态的光子；这两个光子又可以去诱发其他发光原子，产生更多状态相同的光子。这样，在一个入射光子作用下，就可以产生大量运动状态相同的光子，该过程被称之为受激辐射。2．试述自发辐射与受激辐射有什么不同。EEh12入射光自发辐射：在没有任何外界作用下，电子自发地跃迁到低能级E1，并且发射一个频率为、能量为EEh12的光子的过程。自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程，各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的，不同原子产生的自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传播方向上都有一定的任意性。自发辐射光是非相干的荧光，自发辐射光场的能量分布在一个很宽的频率范围，平均分配于腔内所有光波模中。受激辐射是在外界辐射场激励下的发光过程，受激辐射所发射的光子在在频率、相位、偏振方向及传播方向上与激励的光子高度一致。受激辐射光子与激励光子属于同一光子态，即受激辐射光场是相干的。E2E1E2E1EEh12受激辐射光自发辐射)(a受激辐射)(bE2E1E2E13．为什么二能级系统不能产生激光？答：当外界激励能量作用于二能级体系物质时，首先建立起自发辐射，在体系中有了初始辐射。之后，一方面物质吸收光，使N1减小和N2增加；另一方面由于物质中同时存在辐射过程，使得N2减小和N1增加。最终达到平衡N1=N2，光吸收和受激发射相等，即使采用强光照射，共振吸收和受激发射以相同的概率发生，也不能实现粒子数的反转，因而不能充当激光工作物质。4．以一个三能级原子系统为例，说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。答:激光器的基本组成：激光工作物质、泵浦源、光学谐振腔。如上图所示，其中E1为基态，E2为亚稳态，E3为激发态。外界激发作用使粒子从E1能级跃迁到E3能级，由于E3的寿命很短(ns量级)，因而不允许粒子停留，跃迁到E3的粒子很快通过非辐射弛豫过程跃迁到E2能级。E2能级为亚稳态，寿命较长（ms量级），因而允许粒子停留。随着E1的粒子不断抽运到E3，又快速的转到E2，粒子在E2能级上大量的积聚。当把一半以上的粒子抽运到E2，就实现了粒子数的反转分布，此时若有EEh12的入射光，则将产生光的受激辐射，发射h的光，从而实现光放大。5．分析四能级与三能级激光器相比所具有的优点。答：三能级系统要在亚稳能级与基态能级之间实现反转，要把总粒子数的一半以上从E1搬运到E2，因而对激励源的泵浦能力要求很高，即其激光阈值很高。四能级系统：由于E4到E3、E2到E1的无辐射跃迁概率都很大，而E3到E2、E3到E1的自发跃迁概率都很小。当外界激发使E1上的粒子不断被抽运到E4，又很快转到亚稳态E3，而E2留不住粒子，从而E2、E3很容易形成粒子数反转，产生EEh23受激辐射。四能级机构使粒子数反转很容易实现，激光阈值很低。6．分析激光产生条件。答：.1激光产生的必要条件：粒子数反转分布、减少振荡模式.2激光产生的充分条件：满足起振（阈值）、稳定振荡（增益饱和效应）三能级系统E2E3E17.简述激光器产生激光的基本原理。答：激光工作物质提供形成激光的能级结构体系，是激光产生的内因；泵浦源提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因；光学谐振腔为激光器提供反馈放大机构，是受激发射的强度、方向性和单色性进一步提高。第二章1.光纤的基本结构是什么？单独的光纤可否作为光波导？包层的作用是什么？光纤传输光的基本原理是什么？答：⑴光纤的基本结构包含：纤芯、包层、涂敷层、护套。⑵单独的光纤不能作为光波导。⑶由于光纤利用的全反射原理来传输光线，只有从光密媒质射向光疏媒质时，才能发生全反射现象，所以包层折射率比纤芯的折射率小。⑷光纤利用的全反射原理来传输光线。2.目前的光纤通信为什么采用0.85m、1.30m、1.55m三个波长？光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？答：⑴杂质吸收主要是由光纤所含有的正过渡金属离子的电子跃迁和氢氧根负离子的分子振动跃迁引起的吸收。光纤材料的杂质可以通过精良的光纤制备工艺来消除，但氢氧根杂质很难根除，其分子振动跃迁在一些波段形成吸收峰，而在...
