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[主观题]

光泵浦的激光器结构如下图（a)所示，激光工作物质的有关参数如下：A20=5×107s－1；A21=1×108s－1；τ1=20ns；总粒子

光泵浦的激光器结构如下图(a)所示，激光工作物质的有关参数如下：A₂₀=5×10⁷s^-1；A₂₁=1×10⁸s^-1；τ₁=20ns；总粒子数密度n=n₀+n₁+n₂=10¹⁴cm^-3。泵浦波长35nm处的发射截面为10^-14cm²，能级2→能级1的跃迁具有均匀加宽线型，中心波长为535nm，线宽△ $光泵浦的激光器结构如下图（a)所示，激光工作物质的有关参数如下：A20=5×107s－1；A21=1$ =1GHz。忽略泵浦光传输到腔内时的损失，并假设此系统处于稳态，折射率η=1，各能级的统计权重如图(b)所示。试计算：

光泵浦的激光器结构如下图（a)所示，激光工作物质的有关参数如下：A20=5×107s－1；A21=1

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发布时间：2022-12-04

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第1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2题

光泵浦的激光器结构如图4．3（a)所示，激光工作物质的有关参数如下：A20=5×107s－1；A21=1×108s－1；τ1=2

光泵浦的激光器结构如图4．3(a)所示，激光工作物质的有关参数如下：A20=5×107s-1；A21=1×108s-1；τ1=20ns；总粒子数密度n=n0+n1+n2=1014cm-3。泵浦波长351nm处的发射截面为10-14cm2，能级2→能级1的跃迁具有均匀加宽线型，中心波长为535nm，线宽△v=1GHz。忽略泵浦光传输到腔内时的损失，并假设此系统处于稳态，折射率η=1，各能级的统计权重如图4．3(b)所示。试计算：

(1)能级2→能级1中心波长的发射截面； (2)能级2→能级1的阈值增益系数； (3)该激光器振荡在λ21=535nm时的单位面积的阈值泵浦光强(单位：W／cm2)。

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第3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)。

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第4题

一个环形激光器，其结构参数如下图所示，四块反射镜的反射率分别为r1=0.96，r2=0.8，r3=0.97，r4=0.98；T1=T3=T4=

一个环形激光器，其结构参数如下图所示，四块反射镜的反射率分别为r₁=0.96，r₂=0.8，r₃=0.97，r₄=0.98；T₁=T₃=T₄=0，T₂=0.2。受激辐射跃迁的上能级E₂=3.2eV，能级寿命为1.54ms，中心频率发射截面为2×10^-20cm²，跃迁中心波长为760nm。从基态直接泵浦到E₂的泵浦速率为R₀₂，若下能级寿命近似为0。现假定光波在腔内以逆时针方向传播，试求：

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第5题

下图（a)为一连续工作均匀加宽激光器的能级系统，假设能级1和能级2的泵浦速率相同（即R1=R2)，能级1寿命τ1≈0，能

下图(a)为一连续工作均匀加宽激光器的能级系统，假设能级1和能级2的泵浦速率相同(即R₁=R₂)，能级1寿命τ₁≈0，能级2寿命τ₂=100ns，能级2至能级1跃迁中心频率处的发射截面σ=1.3×10^-17cm²，能级0未抽空。光谐振腔其他参数如图(b)所示。试求：

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第6题

激光工作物质的能级图如下图所示，泵浦激光的频率调到3－0跃迁的中心频率，当泵浦光强Ip无限增加时，求能级2－能

激光工作物质的能级图如下图所示，泵浦激光的频率调到3-0跃迁的中心频率，当泵浦光强I_p无限增加时，求能级2-能级1能级间小信号反转集居数密度△n⁰(假设各能级的统计权重均为1)。

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第7题

下图所示为准四能级的激光器系统，通过吸收光将能级0上的粒子激励到能级2，如果泵浦光足够强，使能级2→能级1跃

迁产生增益，已知能级1→能级0的跃迁很快，而且因E₁-E₀与k_bT可比拟，故在任何情况下，E₁和E₀两个能级上的粒子数都遵循玻耳兹曼分布。假设E₂-E₀

k_bT，各能级统计权重相等，总激活粒子数密度n=3×10²⁰cm^-3。

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第8题

一个环形激光器，其结构参数如图4．10所示，四块反射镜的反射率分别为r1=0．96，r2=0．8，r3=0．97，r4=0．

98；T1=T3=T4=0，T2=0．2。受激辐射跃迁的上能级E2=3．2eV，能级寿命为1．54ms，中心频率发射截面为2×10-20cm2，跃迁中心波长为760nm。从基态直接泵浦到E2的泵浦速率为R02，若下能级寿命近似为0。现假定光波在腔内以逆时针方向传播，试求： (1)该激光器上能级阈值粒子数密度； (2)单位体积中中心频率阈值泵浦功率； (3)泵浦速率为阈值泵浦速率1．5倍时的中心频率激光输出强度。

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第9题

均匀加宽气体激光工作物质的能级图如下图所示，其中能级0为基态。单位体积基态分子至上能级3的泵浦速率为R3，

均匀加宽气体激光工作物质的能级图如下图所示，其中能级0为基态。单位体积基态分子至上能级3的泵浦速率为R₃，如果τ₃/τ₁合适，则可获得能级3→能级1跃迁的增益。然而基态分子也可被激励到能级2(单位体积的泵浦速率为R₂)，如有与λ₂₁相应的谐振腔，能级2→能级1跃迁可形成激光，它将使能级1的分子数密度增加，并使波长λ₃₁的增益下降。假设系统处于稳态，各能级的统计权重均为1，能级2→能级1的自发辐射可忽略不计，1/τ₃=1/τ₃₀+1/τ₃₁。

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第10题

一激光系统的有关参数如下图（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

一激光系统的有关参数如下图(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(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。