6. 激光和普通的光相比有哪些主要的特点，其产生的条件有哪些？ 答：激光的主要特点是强度高，较好的方向性，单色性以及相干性。(4分) 其产生的条件主要有：1. 通过电注入实现粒子数反转，进而使得受激辐射得以发生；2. 必须有波导的存在从而使得产生的光子在一定的区域内运动；3. 谐振腔的存在，使得只有某些特定波长下的光得到增强，从而可以出光。这些条件都具备后，还要保证注入的电流大于阈值电流，从而使得光增益大于光的损耗，从而产生激光。(6分) 四 综合题（注：4题中选做2题，2×15分，共计30分) 1. 1）示意的画出铁磁体典型的技术磁化曲线； 2）对照上述曲线，详细说明技术磁化过程中不同阶段的微观机制； 3）要提高铁磁体的磁导率或磁化系数，可以采取哪些措施？ 答：1） （4分） 2）如上图所示。在较低磁场范围内主要依靠磁畴壁迁移，完成磁化。畴壁朝静磁能较大的磁畴迁移，使静磁能大的磁畴减小，而静磁能小的磁畴增大，直至所有磁畴的磁化方向一致。较高磁场范围内，磁畴发生旋转，磁化强度在外场上的投影增大。（6分） 3）要提高磁导率，就要减少磁畴壁迁移的阻力，包括采用合适的制造工艺及热处理工艺，采用退火消除铁磁体内部的应力、降低缺陷密度，控制晶粒尺寸及析出相。（5分） 共4页
课程名称： 材料物理性能 学分： 3 试卷编号： A 2. 工业纯铁中碳原子在交变应力作用下产生的应力感生有序导致的内耗，图1为在连续加热过程中测得的内耗－温度曲线，测量时应力频率为?1，现改用另一频率?2测定这一内耗，且 ?2??1，内耗峰的位置将发生变化，请示意的画出这一内耗峰位置变化的情况，并解释原因。答：内耗峰向高温推移。（4分） 碳原子的应力感生有序是热激活过程，测量频率提高，相对于碳原子 有序化响应的时间缩短，因此需要加热至更高的温度提供激活能才能 使碳原子在间隙位置上发生跳动（6分）。弛豫型内耗由间隙原子扩散导致， ?H?其弛豫时间满足：???0exp??，而???1时，出现内耗峰，即 ?RT???0exp??H?RT?。 ??1，可见在H一定的条件下，?提高， T升高（5分）?3. 1）某磁化率为χ的顺磁材料制成一个小球。定义磁化强度M与外磁场H的比值为外磁化率χe,试建立外磁化率χe与材料本身磁化率χ之间的关系。（5分） 2）同样的顺磁材料被制成一根细线，建立当外磁场分别平行和垂直于轴线时，外磁化率χe与材料本身磁化率χ之间的关系。（5分） 3）与2）中条件相同，试求当外磁场H与轴线成φ角时，退磁能是多少？外磁场对应的静磁能是多少？请问对于1）的球形颗粒，退磁能和静磁能是否和外场方向有关？（5分） 答： 1）对于小球，退磁化场为-M/3。则材料的磁化率满足如下关系： 可解得： 因而外磁化率可以写为： H??(H?M/3)?M ??3M 3??e?3? ??32）对于细线，当外场平行于轴线是，退磁场为零，因此外磁化率与材料本身磁化率相等，即：
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?e?? 当外场垂直于轴线时，退磁化场为-M/2。则材料磁化率满足如下关系： ?(H?M/2)?M 可解得： 因而外磁化率可以写为： H???2M 2??e?2? ??23）对于细线，当外场H与轴线成φ角时，将外场分解为平行轴线分量Hcosφ和垂直轴线分量Hsinφ。对于平行分量，退磁场为零，因而退磁能也为零。对于垂直轴线分量，退磁场为： 因而退磁能为： ???2??Ed??Hd?M??0(?Hsin?)Hsin???0(Hsin?)2 22??2??2??2Hd??M???Hsin? 2??2?0?外磁场对应的静磁能为： ??2?E???0H?M???0(Hcos??Hcos??Hsin?Hsin?)??2 2? ???0H2(?cos2??sin2?)??2对于球形颗粒，无论外磁场指向哪个方向，退磁场都相等，因而退磁能和静磁能和方向无关。其表达式分别为： ??3??3??Ed??Hd?M??0(?H)Hsin??0(H)2 22??3??32??3??3?3?E???0H?M???0HH???0H2 ??3??3?0? 共
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课程名称： 材料物理性能 学分： 3 试卷编号： A 4. 某金属材料的在光学波段的相对介电常数ε如下： 2?(?)?1??p/?2 其相对磁导率μ=1。 (1) 当ω<ωp时，ε(ω)<0。试问介电常数小于零的物理含义是什么？（提示：从介电常数的定义出发去考虑该问题）（5分） (2) 从光学的角度与考虑，ε(ω)<0意味着什么？如果频率ω<ωp，光能在该材料中正常传播吗？（提示：从折射率的定义出发）（5分） (3) 如果一束光从空气垂直入射到该金属材料表面，试问当光的频率是多少时，所有的光都被反射？（5分） 答：1）当ω<ωp时，ε(ω)<0。根据定义，电位移矢量和电场强度之间满足关系： ?? D??0?(?)E ???i?t对于交变的信号有：D??0?(?)E0e ε(ω)<0 意味着电位移矢量和电场强度的方向相反，或者对于交变信号而言，意味着电位移矢量和电场强度相位相反（相位相差π）。 2）从光学的角度考虑，根据折射率的定义： n??(?)? ε(ω)<0意味着折射率是一个虚数，即：n?i?(?)。平面波的方程如下： E?E0exp[?i(?t?n?d/c0)] ?E0e??(?)?d/c0exp(?i?t) 这种波不能正常传播，在介质中会迅速消失。 3）根据反射定律，从空气中入射到该界面的反射率可以写为： 分三种情况讨论， 当ω>ωp时，折射率1>n>0，则R恒小于1。 当ω=ωp时，n=0, 则有R=1. 1?nR? n?? 1?n2
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当ω<ωp时，n=ik为虚数，则有 1?n1?ik1?k2R????1 21?n1?ik1?k22综上所述，当ω≤ωp，所有的光均被反射。 共
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