[理學(xué)]連續(xù)激光器的工作特性(編輯修改稿)
2024-09-13 02:57 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 嗎，為什么？ 單就第一種類型來(lái)說(shuō)，三、四能級(jí)系統(tǒng)能否分出優(yōu)劣，為什么？ 試述非均勻加寬介質(zhì)中頻域燒孔的成因，及其深度。 激光介質(zhì)燒孔現(xiàn)象、形成機(jī)制，及其宏觀表現(xiàn)，舉例說(shuō)明其應(yīng)用。 燒孔現(xiàn)象有哪些類型？1 “燒孔”現(xiàn)象出現(xiàn)在哪些地方，對(duì)激光器的性能有哪些影響，為什么？1 ？如能，如何做到？如不能，為什么？1 一個(gè)高斯形狀的巨脈沖射向一個(gè)薄燃料盒，試畫(huà)出透過(guò)的脈沖形狀，并解釋形成的原因。1 激光器中是不是總存在增益飽和？為什么？1 激光器中介質(zhì)增益系數(shù)的閾值條件是什么，物理含義何在？1 激光介質(zhì)中的速率方程組與激光器中的有什么區(qū)別，請(qǐng)舉例說(shuō)明。1 激光振蕩所需的最小閾值泵浦功率密度與什么有關(guān)？1 均勻加寬介質(zhì)中有縱模競(jìng)爭(zhēng)嗎，為什么？1 非均勻加寬介質(zhì)中有模競(jìng)爭(zhēng)嗎，為什么？ 模式競(jìng)爭(zhēng)的含義是什么，如何體現(xiàn)，請(qǐng)舉例說(shuō)明？2 如果腔模偏離原子譜線中心，則在增益曲線上對(duì)稱的燒出兩個(gè)孔。“這兩個(gè)孔對(duì)應(yīng)兩種光場(chǎng)頻率，因此激光輸出雙色光?！?對(duì)嗎，為什么？2 增益曲線上的燒孔是如何形成的，激光輸出的穩(wěn)定性與它有沒(méi)有關(guān)系？2 什么是空間燒孔？它發(fā)生在均勻展寬介質(zhì)中還是非均勻展寬介質(zhì)中，理由何在？2 蘭姆凹陷只能出現(xiàn)在什么介質(zhì)中，為什么？2 能否使用蘭姆凹陷作光強(qiáng)調(diào)制，為什么？2 “蘭姆凹陷穩(wěn)頻技術(shù)實(shí)際上就是穩(wěn)定腔長(zhǎng)?！睂?duì)嗎，為什么？2 試述蘭姆凹陷的成因及用處。2 人們使用環(huán)形腔來(lái)避免空間燒孔帶來(lái)的多縱模輸出，還用到使光束單方向通過(guò)的隔離器?！皼](méi)有隔離器也不一定就形成駐波，因?yàn)檎捶较虻墓獠ǖ南辔徊灰欢ㄏ嚓P(guān)?！?對(duì)嗎，為什么？2 人們使用環(huán)形腔來(lái)避免空間燒孔帶來(lái)的多縱模輸出，還用到使光束單方向通過(guò)的隔離器。試設(shè)想出一種隔離器來(lái)。 燒孔有幾種形式，各有什麼弊端和可利用之處？3 什么時(shí)候使用小信號(hào)增益系數(shù)，什么時(shí)候使用大信號(hào)增益系數(shù)？如何獲得大信號(hào)增益系數(shù)，實(shí)驗(yàn)or理論？3 激光的線寬很窄，△ν/ν是什么量級(jí)？腔長(zhǎng)隨環(huán)境的變化會(huì)使激光頻率漂移到什么量級(jí)？3 激光器單縱模譜線寬度由誰(shuí)決定，請(qǐng)列出涉及的因素。能不能歸納到一個(gè)參數(shù)描述？3 若A激光器的激光束經(jīng)透鏡變換匹配地射入B激光器，會(huì)改變B激光器的輸出模式嗎，為什么？3 激光原理中對(duì)形成譜線加寬機(jī)制的討論所占篇幅較多。譜線加寬在哪些方面有用，為什么？3 列速率方程組時(shí)除區(qū)分單模和多模情形外，為什么還要將不同能級(jí)系統(tǒng)類型分開(kāi)來(lái)討論？3 建立多模激光器速率方程組時(shí)需要做什么近似，為什么？ 五、練習(xí)題 ，激光上下能級(jí)的簡(jiǎn)并度均為4，，，試計(jì)算該系統(tǒng)的熒光量子效率和泵浦量子效率，并估算當(dāng)連續(xù)泵浦幾率多大時(shí)紅寶石介質(zhì)達(dá)到透明狀態(tài)。 激活的紅寶石中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度達(dá)。%。 中心頻率的光吸收發(fā)生在介質(zhì)基態(tài)E1和高能級(jí)E2之間，高能級(jí)E2自發(fā)輻射壽命為104s，吸收譜線為高斯線型，線寬為400cm1。若粒子數(shù)密度為，且粒子集中在基態(tài)，高能級(jí)E2為空能級(jí)，試求介質(zhì)的最大吸收系數(shù)，以及頻率的光穿過(guò)1cm后的該介質(zhì)后光強(qiáng)衰減多少？WPhvE3E2E1 對(duì)于如圖所示的第二種類型激光三能級(jí)系統(tǒng)，試導(dǎo)出激光上下能級(jí)間的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度Dn與泵浦幾率WP的函數(shù)關(guān)系，并畫(huà)出函數(shù)曲線。這里，激光上能級(jí)E3為亞穩(wěn)態(tài)，激光下能級(jí)E2壽命很短。 若如圖所示的第二種類型激光三能級(jí)系統(tǒng)中，各能級(jí)的簡(jiǎn)并度均為1，各能級(jí)間躍遷幾率已知，而且激光上下能級(jí)的泵浦幾率之比恒定，試導(dǎo)出激光上下能級(jí)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度Dn與泵浦幾率WP3的函數(shù)關(guān)系。 在強(qiáng)光存在下，均勻加寬介質(zhì)中的增益系數(shù)：請(qǐng)據(jù)此討論飽和作用的影響。 在強(qiáng)光存在下，均勻加寬介質(zhì)中的增益系數(shù)函數(shù)：其線型函數(shù)是什么類型，寬度如何隨飽和作用變化？ 在強(qiáng)光存在下，均勻加寬介質(zhì)中的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度：請(qǐng)據(jù)此討論飽和光強(qiáng)的含義。 如何由均勻加寬介質(zhì)的折射率表達(dá)式：說(shuō)明增益使介質(zhì)色散反常？ 寫(xiě)出描述第二種激光三能級(jí)系統(tǒng)介質(zhì)的速率方程組，并按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化，導(dǎo)出激光上下能級(jí)粒子布居反轉(zhuǎn)密度所對(duì)應(yīng)的速率方程，以及光子數(shù)所對(duì)應(yīng)的速率方程。進(jìn)而，討論該介質(zhì)的增益條件。1 腔長(zhǎng)20cm的Nd3+：YAG激光器（YAG棒長(zhǎng)10cm，泵浦光平均波長(zhǎng)750nm），系統(tǒng)總量子效率為100%，光泵浦的總效率為1%，，激光上能級(jí)自發(fā)輻射壽命為，熒光線寬為6cm1。試求該激光器的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度和泵浦功率閾值。1 一臺(tái)腔長(zhǎng)50cm的Nd3+：YAG激光器（YAG棒長(zhǎng)75mm，一腔鏡全反射，輸出腔鏡透過(guò)率為15%，）。試求：(1)當(dāng)泵浦輸入功率為10kW時(shí)激光器的輸出功率；(2)當(dāng)輸出腔鏡透過(guò)率變成10%時(shí)，激光器斜率效率為多少，10kW泵浦輸入功率所對(duì)應(yīng)的激光器輸出功率為多大？1 一臺(tái)單模氣體激光器，腔長(zhǎng)1m，一腔鏡反射率99%，另一腔鏡反射率可調(diào)，激活介質(zhì)長(zhǎng)80cm，譜線均勻加寬，線寬為2GHz，不計(jì)其它損耗，飽和光強(qiáng)為30W/cm2。試求：(1)輸出光強(qiáng)與輸出鏡反射率的函數(shù)關(guān)系；(2)假設(shè)輸出鏡上激光光斑面積為1mm2，試求最大輸出功率。1 工作氣壓為266Pa的一臺(tái)氦氖激光器630nm輸出波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)激光上下能級(jí)的平均壽命為，飽和光強(qiáng)為15W/cm2，試分析當(dāng)腔內(nèi)平均光強(qiáng)為：(1)接近0，(2)10W/cm2時(shí)，諧振腔長(zhǎng)為多少時(shí)可使燒孔重疊？1 如圖所示的激光系統(tǒng)，已知各能級(jí)統(tǒng)計(jì)權(quán)重，由基態(tài)向上的泵浦速率分別為、。若、的大小可變但其比值/保持不變，求集居數(shù)密度差隨泵浦強(qiáng)度的變化，設(shè)能級(jí)間的各躍遷幾率已知，總的粒子數(shù)密度為。1 將如圖所示的三能級(jí)激光系統(tǒng)的激光能級(jí)與間的集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)曲線與有（51
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