光電子技術作業(yè)解答-文庫吧
2025-06-28 21:26 本頁面
【正文】 璃管內。通過兩端電極的高壓作用產生輝光放電。高速電子激發(fā)He原子由1S到2S態(tài)。He的2S態(tài)中的21S態(tài)23S態(tài)分別與Ne的2S和 3S態(tài)能量非常接近，通過碰撞的形式引起能量的共振轉移，使Ne的2S和 3S態(tài)得到激發(fā)。當然Ne本身也可以在高速電子激發(fā)下被激發(fā)至高能態(tài)。Ne的受激發(fā)射可以發(fā)出3種波長：, , 。，從而對其進行抑制。亦可利用軸向非均勻磁場產生塞曼效應。 （2）由于激光器在工作過程中會受到各種環(huán)境因素的擾動，激光器本身的參數也相應地擾動。結果是使得由這些參數確定的頻率發(fā)生漂移。例如：由縱模，n為介質折射率，可得.（3）為實現穩(wěn)頻，可通過幾方面的方法。a. 利用低膨脹系數的材料制造腔管b. 將諧振腔的腔鏡固定在殷鋼等低膨脹系數材料的支架上。c. 防震，恒溫等d. 更高的頻率穩(wěn)定度可使用飼服系統(tǒng)，通過頻率漂移的方向和大小對激光器的參數進行調控，使頻率穩(wěn)定于參考標準頻率附近的目的。 2. 何謂準分子？準分子激光的能級結構？為何準分子激光的頻譜較寬？如何泵浦？答：（1） 準分子是一種束縛在電子受激態(tài)中的分子。它的基態(tài)位能無極小值，即沒有穩(wěn)定的基態(tài)，但卻存在穩(wěn)定的受激態(tài)（亞穩(wěn)態(tài)）。（2） 能級結構如右圖 （3） 雖然準分子的能級結構有利于形成粒子數反轉，但由于基態(tài)的不穩(wěn)定性，躍阡能量有一定的范圍，頻譜較寬。（4） 由于準分子上能級壽命較短，需要運用快速泵浦。一般采用高強度短脈沖電子束激勵。以氣體為例，泵浦過程中相對論電子激勵稀有氣體混合物，產生受激稀有氣體原子、離子，從而使泵浦能量轉化為氣體的受激能量。（詳細請參閱課本p95）3. 染料激光器中激光“猝滅”指什么？如何消除？ 答：（1）“猝滅”簡而言之就是染料對自身所發(fā)出的激光的再吸收而導致激光無法起振。 具體而言，染料的能態(tài)存在自旋S=0 的單態(tài)和S=1三重態(tài)，躍遷選擇定則要求△S=0。 故單重態(tài)和三重態(tài)之間的躍遷是禁戒的。但是通過碰撞，單重態(tài)S1可衰減到三重態(tài)T1，同時由于T1S0是禁戒的，于是T1就有可能堆積大量粒子。由于, 則由S1224。S0發(fā)出的熒光就會被T1－T2躍遷吸收。當T1壽命tT tST (S和T系間交叉速率)， T1會堆積大量粒子，大量吸收熒光，從而出現“猝滅”。 （2） 消除“猝滅”的方法關鍵就是使tT tST , 通常使用短脈沖光源激勵，以及在染料中添加三重態(tài)猝滅劑，提高溶液氧含量。（詳見課本p101）作業(yè)五何謂激光器的Q值？調Q實質上是調節(jié)什么？答： Q指諧振腔的品質因素，它定義為腔內存儲的能量與每秒中損耗的能量之比，即，式中W為腔內總能量，c為每秒鐘損耗的能量，n0為中心頻率。設激光在腔內走一個單程的能量損耗率（包括輸出）為d，則光在一個單程中對應的能量損耗為dW。設腔長為L，平均折射率為n，光速為c，則光在腔內走單程的時間為nL/c，所以每秒鐘損耗的能量為dW/(nL/c)= dWc/nL。帶入Q表達式中得。上式表明Q值反比于損耗率。所以調Q就是調節(jié)諧振腔的損耗率。激光振蕩需要足夠的增益，當損耗過大時，增益不夠，激光停止振蕩。所以，調Q能控制激光的振蕩。鈦寶石激光器的寬發(fā)光譜起因？它的諧振腔特點？為什么？答：從鈦寶石的能級圖（如下圖）可以看到，由于鈦寶石晶體激發(fā)態(tài)各振動的能級之間的間小，基態(tài)各振動能級間的能級差也很小，因此各自形成很寬的準連續(xù)能帶，這樣電子帶間的振動躍遷就形成一個寬的發(fā)光譜帶。摻鈦藍寶石具有很強的三階非線性，利用這一特性可以實現激光的相位調節(jié)自相位調節(jié)，鎖定不同縱模間的位相，實現鎖模運轉。由于自相位調節(jié)是一種非線性效應，需要強的光功率密度，所以鈦寶石激光諧振強設計中要考慮提高寶石棒中的光功率密度，需要加一對聚焦亞腔，使激光聚焦通過鈦寶石棒，獲得強的光功率密度，進而強的自相位調節(jié)。繪制如下p、n型半導體形成的pn結的平衡態(tài)能帶圖？答：如圖。作業(yè)六端鏡耦合輸出調Q和腔倒空調Q技術的工作原理和特點？脈沖透射式Q開關（PTM）又稱腔倒空。發(fā)展腔倒空技術是為了進一步壓縮Q開關脈沖和輸出更高的脈沖能量。可以將腔內全部能量在一個振蕩周期內倒出，提高脈沖峰功率一個數量級。激光是在高Q狀態(tài)振蕩輸出的，至少要振蕩幾個周期，才能有好的相干性、好的方向性和足夠的增益。Q開關脈沖寬度為m2L/c。激光端鏡耦合輸出通常只有10%左右，剩余的90%左右的能量在腔內沒有輸出。主動和被動調Q技術有哪些？常見的調Q技術包括機械調Q、電光調Q、聲光調Q和染料調Q四種技術。其中前三種技術屬主動調Q技術，而染料調Q屬被動調Q。鎖模技術分類？各自包括哪些技術？鎖模技術包括主動、被動和自鎖三種。主動鎖模包括損耗調制和位相調制。染料鎖模是被動鎖模的一種。自鎖模通過自相位調制實現，能實現自鎖模的激光器是鈦寶石激光器。鎖模技術能獲得脈沖寬度反比于被鎖的模數目，而腔長影響縱模間隔，進而影響縱模數，所以影響鎖模脈沖的寬度？對嗎，為什么？不對?？v模頻率間隔為，如果不考慮導致展寬的因素，激光增益介質的熒光線寬是一定的（與腔長L無關）。而脈寬，故脈寬不隨L變化。腔長只影響脈沖的重復率（脈沖間隔）。作業(yè)七說明正弦周期和非正弦周期損耗調制鎖模的異同？對調制頻率有什么要求？調制器應放在何處，為什么？解：（1）對正弦周期損耗調制鎖模透射率：由可得上式表示三個頻率為的平面波的疊加，也即一個調幅平面波可以分解為三個平面波的疊加，激光往返一次又可以激發(fā)起兩個邊頻，一直到的所有模式。
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