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[主观题]

二能级原子系统被光强为I的外来光照射，外来光的频率被调节为二能级跃迁的中心频率。因自发辐射及

其他过程导致的上能级寿命为τ2=1μs。上能级能量(以波数表示)为11735cm-1，下能级为基态(能量为0)。上、下能级的统计权重分别为f2=4与f1=2。中心频率发射截面σ21=10-14cm2。折射率为1。 (1)求当外来光光强无限增加(I=∞)时的上、下能级原子数密度的比值n2／n1及反转集居数密度△n (2)求n2／n1=1／2(稳态情况)时的外来光光强I； (3)无外来光照射，当kbT=208cm-1(用波数表示)时的稳态n2／n1值。

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发布时间：2022-12-04

更多“二能级原子系统被光强为I的外来光照射，外来光的频率被调节为二能级跃迁的中心频率。因自发辐射及”相关的问题

第1题

工作物质的能级系统如图3．18（b)所示。单位体积中自基态能级0→能级2的激励速率是R2，能级1的寿命极

工作物质的能级系统如图3．18(b)所示。单位体积中自基态能级0→能级2的激励速率是R2，能级1的寿命极短，以至于该能级的粒子数密度n1≈0，能级2的寿命是τ2。今有一宽为T(T＞τ2)，光强为I，频率与能级2一能级1跃迁中心频率相应的矩形脉冲光照射该工作物质。观察者用光探测器检测其侧荧光并用示波器记录荧光波形。入射光脉冲及荧光波形图如图3．18(a)所示，S0与S1分别为无光照及有光照时的侧荧光达到稳态时的光强。

(1)给出S0／S1的表达式； (2)光脉冲照射时，侧荧光光强以指数方式衰减至稳定值S1，试给出时间常数τa的表示式； (3)光脉冲结束后侧荧光光强按指数上升，最后恢复到稳定值S0，试给出时间常数τb的表示式； (4)利用上述实验，能测出该工作物质的哪些参数？

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第2题

工作物质的能级系统如下图（b)所示。单位体积中自基态能级0→能级2的激励速率是R2，能级1的寿命极短，以至于该能

工作物质的能级系统如下图(b)所示。单位体积中自基态能级0→能级2的激励速率是R₂，能级1的寿命极短，以至于该能级的粒子数密度n₁≈0，能级2的寿命是τ₂。今有一宽为T(T＞τ₂)，光强为I，频率与能级2-能级1跃迁中心频率相应的矩形脉冲光照射该工作物质。观察者用光探测器检测其侧荧光并用示波器记录荧光波形。入射光脉冲及荧光波形图如图(a)所示，S₀与S₁分别为无光照及有光照时的侧荧光达到稳态时的光强。

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第3题

用一脉宽τ=2ns的矩形光脉冲照射一个三能级（激光跃迁上、下能级的统计权重相等)增益盒，光脉冲的波

用一脉宽τ=2ns的矩形光脉冲照射一个三能级(激光跃迁上、下能级的统计权重相等)增益盒，光脉冲的波长恰好等于增益物质中心波长(1μm)，增益物质的中心波长发射截面σ=10-14cm2，增益盒的小信号增益为30dB，其损耗为零，单位截面光脉冲能量为W0，当(a)W0=2μJ／cm2；(b)W0=20μJ／cm2；(c)W0=200μJ／cm2时，试求增益盒输出脉冲在起始和终了时的光强I1和I2及功率增益Gp1和Gp2。

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第4题

一个均匀加宽工作物质具有由E1、E2、E3组成的三能级系统，三个能级的统计权重相等。E1为基态，E3及E2

能级的寿命分别为τ3及τ2，E3→E2能级的弛豫速率为1／τ32，中心频率发射截面为σ32。泵浦光频率与E1、E2间跃迁相应，它引起的受激辐射几率W12=W21=Wp。泵浦光将粒子由基态激发到E2能级，使E2和E3能级上粒子数密度之差△n23=n2—n3增加，从而形成一个光泵吸收体(由于热平衡下，各能级的粒子数呈玻耳兹曼分布，无泵浦时n2也大于n3，但由于E2一E1＞＞kbT,E3一E1＞＞kbT，故无泵浦时△n23≈0，因此对频率与E3一E2跃迁相对应的光无明显的吸收作用)。若有频率恰为E3一E2跃迁谱线中心频率v0的光入射，试求： (1)△n23与Wp及入射光强I的关系式； (2)对该入射光的吸收系数β。

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第5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6题

激光谐振腔内的光波电场强度满足下列微分方程（4.38)方程中忽略了自发辐射。式中τR为光子寿命，Es为与饱和光

激光谐振腔内的光波电场强度满足下列微分方程

方程中忽略了自发辐射。式中τ_R为光子寿命，E_s为与饱和光强有关的场强，它和饱和光强的关系为(η₀为自由空间波阻抗常数)；若下能级的集居数密度可忽略不计，则g(t)=n₂(t)σ₂₁。E₂能级的集居数密度速率方程为下列不完整的微分方程

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第7题

均匀加宽激光工作物质的能级图如图3．15所示。单位体积中将原子自能级0（基态)激励至能级2的速

均匀加宽激光工作物质的能级图如图3．15所示。

单位体积中将原子自能级0(基态)激励至能级2的速率是R2。能级2的原子以几率τ21-1及τ20-1返回能级1和能级0。能级2→能级1的自发辐射几率A21=6×106s-1，线宽△v=10GHz(假设具有洛伦兹线型)。能级1上的原子以极快的速率跃迁到能级0，所以能级1的原子数密度n1≈0。折射率为1。 (1)求能级2→能级1跃迁的中心频率发射截面； (2)要使小信号中心频率增益系数g0(v0)=0．01cm-1，R2应有多大？ (3)求能级2→能级1跃迁的中心频率饱和光强； (4)要得到上述小信号中心频率增益系数，需要多大的泵浦功率密度？ (5)将线宽用nm及cm-1为单位表示。

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第8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9题

某些光放大器由于散射等原因而具有一定的损耗，因此如有频率为v的光人射，其光强沿z轴的变化可写为

若Is(v)=16W／cm2，g0(v)l=2，光放大器长l=5m。如果光放大器在未受激励时的透过率是0．85，并考虑到在四能级情况下可忽略吸收，因而可认为未受激励时g0(v)≈0。 (1)损耗系数α有多大？ (2)计算光放大器的小信号增益(以dB计)； (3)如果入射光太强，光放大器会变成衰减器，试问入射光强多大时能使放大器的增益保持1？