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[主观题]

气体介质中粒子数密度n=1023cm-3，E2能级比基态E1能级的能量高2．48eV（跃迁中心波长λ0=0．5μm)，E2能

气体介质中粒子数密度n=1023cm-3，E2能级比基态E1能级的能量高2．48eV(跃迁中心波长λ0=0．5μm)，E2能级的自发辐射寿命τs2=1ms，E2→E1能级的自发辐射谱线具有洛伦兹线型(线宽△v=1GHz)。在热平衡温度为T1(kb1=0．026eV)和T2(kbT2=0．26eV)(kb为玻耳兹曼常数)时，求： (1)两温度下的n1和n2(二能级统计权重相等)； (2)两温度下，单位体积中每秒自发辐射光子数； (3)两温度下，波长λ0=0．5μm的弱光吸收系数； (4)当中心波长吸收系数下降1／2的入射光强；

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发布时间：2022-12-04

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第1题

气体介质中粒子数密度n=1023cm-1，E2能级比基态E1能级的能量高2.48eV（跃迁中心波长λ0=0.5μm)，E2能级的自发辐

气体介质中粒子数密度n=10²³cm^-1，E₂能级比基态E₁能级的能量高2.48eV(跃迁中心波长λ₀=0.5μm)，E₂能级的自发辐射寿命=1ms，E₂→E₁能级的自发辐射谱线具有洛伦兹线型(线宽△=1GHz)。在热平衡温度为T₁(k_bT₁=0.026eV)和T₂(k_bT₂=0.26eV)(k_b为玻耳兹曼常数)时，求：

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第2题

若气体工作物质具有E2、E1二能级（统计权重相等)，二能级的粒子数密度分别为n2≈0，n1=1018cm-3，E2能级的自发辐

若气体工作物质具有E₂、E₁二能级(统计权重相等)，二能级的粒子数密度分别为n₂≈0，n₁=10¹⁸cm^-3，E₂能级的自发辐射寿命=10^-4s。若吸收曲线为高斯型，线宽400cm^-1，中心频率=3×10¹⁴HZ。试求频率为的弱光束穿过厚度d=1cm的上述介质时，光强衰减了多少dB。

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第3题

图4．11（a)所示的环腔激光器中的激活介质为均匀加宽介质，跃迁中心波长λ0=600m，跃迁几率A21=6×104s

图4．11(a)所示的环腔激光器中的激活介质为均匀加宽介质，跃迁中心波长λ0=600m，跃迁几率A21=6×104s-1，自发辐射线型为图4．11(b)所示的三角形，假设增益介质端面一空气间无损耗，上能级寿命为3．9μs，小信号反转粒子数密度△n0=5×1013cm-3。激光按逆时针方向振荡。求： (1)中心频率发射截面σ21，饱和光强Is和阈值反转粒子数密度； (2)在阈值以上有多少个TEM00q模； (3)腔内光强达到3×Is时的反转粒子数密度； (4)M2镜输出光强。

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第4题

下图（a)所示的环腔激光器中的激活介质为均匀加宽介质，跃迁中心波长λ0=600nm，跃迁几率A21=6×104s－1，自发辐射

下图(a)所示的环腔激光器中的激活介质为均匀加宽介质，跃迁中心波长λ₀=600nm，跃迁几率A₂₁=6×10⁴s^-1，自发辐射线型为图(b)所示的三角形，假设增益介质端面-空气间无损耗，上能级寿命为3.9μs，小信号反转粒子数密度△n⁰=5×10¹³cm^-3。激光按逆时针方向振荡。求：

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第5题

Q开关调制激光器，若激光上、下能级的统计权重不等，即f2≠f1，增益介质长度为l且等于腔长（即l=L)。试

Q开关调制激光器，若激光上、下能级的统计权重不等，即f2≠f1，增益介质长度为l且等于腔长(即l=L)。试证明反转粒子数密度速率方程及最大光子数密度可修正为

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第6题

4.15光泵浦的激光系统如下图所示，激光工作物质能级示于图（a)，在热平衡状态下，能级1，能级2上的粒子数可忽略

4.15光泵浦的激光系统如下图所示，激光工作物质能级示于图(a)，在热平衡状态下，能级1，能级2上的粒子数可忽略不计。将泵浦光波长调到能级0→能级2跃迁中心频率，从一侧入射到工作物质上，将能级0的粒子抽运到能级2。能级2的粒子数通过自发发射和无辐射跃迁回到能级0，其跃迁几率分别为A₂₀=10⁶s^-1，S₂₀=5×10⁶s^-1；能级2和能级1之间存在自发发射和受激发射，其自发发射爱因斯坦系数A₂₁为10⁵s^-1，能级1的寿命τ₁=10^-7s。为了简化，假定n₂，n₁n₀，基态粒子数密度视为常数，n₀=10^-7cm^-3。该激光工作物质为均匀加宽介质，能级2→能级0及能级2→能级1跃迁谱线具有洛伦兹线型，其线宽△=10GHz，激光器处于稳态工作。其他参数如下图(b)中所示。求：

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第7题

一理想费米气体的粒子数为N，体积为V，能量为E，粒子的态矢量为，式中，l和k是轨道量子数，自旋量子数s可取和两个

一理想费米气体的粒子数为N，体积为V，能量为E，粒子的态矢量为，式中，l和k是轨道量子数，自旋量子数s可取和两个值．设粒子的能级，只依赖量子数l，简并度为.假设每一个量子态上最多只能有一个粒子，并且轨道量子数，和是相同的两个量子态和不能同时被占据．如果气体处在热力学平衡态，试导出占据在能级上的粒子数a_l的表达式．

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第8题

工作物质的能级系统中E0是基态。E2及E1能级的寿命是τ2和τ1，E2→E1的自发辐射几率是τ21-1。三个能级

的统计权重分别是f0、f1和f2。为了在E2和E1间形成集居数反转，用一束连续的激光将粒子自E0激励至E2，该激光的频率调谐至E2、E0间跃迁的谱线中心。 (1)给出E2、E1间小信号反转集居数密度△n0和泵浦激光光强Ip、E2和E0间中心频率发射截面σ20、能级寿命和总粒子数密度n间的关系式； (2)求泵浦光强无限强时E2、E1间形成的最大反转集居数密度(△n)max。

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第9题

某调Q掺钕钇铝石榴石激光器具有均匀加宽洛伦兹线型，△=120GHz，起始反转粒子数密度△ni=5△nt（)，式中△nt（)为Q开

某调Q掺钕钇铝石榴石激光器具有均匀加宽洛伦兹线型，△=120GHz，起始反转粒子数密度△n_i=5△n_t()，式中△n_t()为Q开关开启后中心频率处的阈值反转粒子数密度。如果腔内设置一可调谐选纵模机构来改变巨脉冲的频率，且忽略插入损耗。试求当时的归一化峰值脉冲功率；归一化脉冲能量和估算归一化脉冲宽度。(假设调谐时泵浦功率或能量不变，工作物质长度等于腔长)。

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第10题

一激光系统的有关参数如下图4．12（b)所示，能级2→能级1的自发发射爱因斯坦系数为5×104s－1，自发发射

一激光系统的有关参数如下图4．12(b)所示，能级2→能级1的自发发射爱因斯坦系数为5×104s-1，自发发射谱线线型近似为三角形，如图4．12(a)所示。若以泵浦速率R2将粒子激励到能级2后，粒子向下跃迁到能级1，能级1及能级2的寿命均为10μs。假设系统处于稳态，激活介质的折射率为1．76，统计权重f2=1，f1=2。

(1)求能级2→能级1跃迁中心频率的发射截面； (2)根据图4．13所示激光器参数，计算阈值泵浦速率； (3)从速率方程出发，推导大信号情况下的能级2一能级1反转粒子数密度和中心频率处增益系数表达式(表达式用泵浦速率、能级寿命、能级统计权重和发射截面来表示)。