第二章作业

发布 2020-02-19 20:45:28 阅读 9149

思考题:

1、 均匀加宽和非均匀加宽的本质区别是什么?

2、 为什么原子(分子,离子)在能级上的有限寿命会造成谱线加宽?从量子理论出发,阐明当下能级不是基态时,自然线宽不仅和上能级的自发辐射寿命有关,而且和下能级的自发辐射寿命有关,并给出谱线宽度与激光上、下能级寿命的关系式。

3、 什么是多普勒加宽?从物理本质上阐明为什么气体工作物质的温度越高,分子量(原子量)越小,多普勒加宽越大?

4、 三能级系统和四能级系统的本质区别是什么?为什么三能级系统比四能级系统难实现粒子数反转分布?

5、 结合能级结构简图,推导三能级系统的小信号反转粒子数密度分布公式,并分析影响因素。

6、 什么是反转粒子数密度的饱和效应?

7、 什么是增益饱和效应?均匀加宽工作物质和非均匀加宽工作物质的增益饱和的基本特征有何异同?

8、 在均匀加宽工作物质中,为什么入射光的频率越接近介质的中心频率增益饱和效应越强,越远离中心频率增益饱和效应越弱?

作业题。1、考虑某二能级工作物质,其e2能级的自发辐射寿命为s2,无辐射跃迁寿命为nr2。假设在t=0时刻e2上的原子数密度为n20,工作物质的体积为v,自发辐射光的频率为,求:

1)自发辐射光功率随时间t的变化规律;

2)能级e2上的原子在其衰减过程中总共发出的自发辐射光子数;

3)自发辐射光子数与初始时刻能级e2上的粒子数之比2(2称为量子产额或e2能级向e1能级跃迁的荧光效率)。

2、某激光工作物质的自发辐射谱线形状呈三角形,如图所示。光子能量h0=1.476ev。高能级自发辐射寿命s2=5ns,小信号中心频率增益系数g0(0)=10cm-1。求:

1)中心频率处线型函数的值。

2)达到上述小信号中心频率增益系数所需要的小信号反转粒子数密度(假设折射率=1)。

3、静止氖原子的3s2-2p4谱线中心波长为632.8nm,设原子分别以0.1c, 0.4c好0.8c的速度向着观察者运动,问其表观中心波长分别为多少?

4、he-ne激光器中ne20的632.8nm谱线的跃迁上能级3s2的自发辐射寿命s2210-8s,下能级2p4的自发辐射寿命s1210-8s,放电管气压p266pa,放电管温度t=350k,试求。

1)均匀加宽线宽h;

2)多普勒线宽d;

3)分析在该激光器中,哪种加宽占优势(已知氖原子的碰撞加宽系数=750khz/pa)。

5、已知红宝石的密度为3.98g/cm3,其中cr2o3所占比例为0.05%(质量比),在波长为694.

3nm附近的峰值吸收系数为0.4cm-1。设在泵浦激励下获得小信号反转粒子数密度n0=51017cm-3。

求中心波长小信号增益系数。(提示:每个cr2o3分子的重量=m/na,m为分子量,na为阿伏伽德罗常数)

6、室温下nd:yag的1.06m跃迁的线型函数是线宽为195ghz的洛伦兹线型函数。

上能级的寿命2=230s,该跃迁的量子产额2=0.42(量子产额为自发辐射光子总数与初始时刻上能级钕离子数之比),yag的折射率为=1.82。

求中心频率辐射界面21。(提示:发射界面)

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