[理學(xué)]連續(xù)激光器的工作特性(編輯修改稿)
2024-09-13 02:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 嗎，為什么？ 單就第一種類型來說，三、四能級系統(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 一個高斯形狀的巨脈沖射向一個薄燃料盒，試畫出透過的脈沖形狀，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，請舉例說明。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)中有縱模競爭嗎，為什么？1 非均勻加寬介質(zhì)中有模競爭嗎，為什么？ 模式競爭的含義是什么，如何體現(xiàn)，請舉例說明？2 如果腔模偏離原子譜線中心，則在增益曲線上對稱的燒出兩個孔?！斑@兩個孔對應(yīng)兩種光場頻率，因此激光輸出雙色光?！?對嗎，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)實際上就是穩(wěn)定腔長。”對嗎，為什么？2 試述蘭姆凹陷的成因及用處。2 人們使用環(huán)形腔來避免空間燒孔帶來的多縱模輸出，還用到使光束單方向通過的隔離器?！皼]有隔離器也不一定就形成駐波，因為正反方向的光波的相位不一定相關(guān)?！?對嗎，為什么？2 人們使用環(huán)形腔來避免空間燒孔帶來的多縱模輸出，還用到使光束單方向通過的隔離器。試設(shè)想出一種隔離器來。 燒孔有幾種形式，各有什麼弊端和可利用之處？3 什么時候使用小信號增益系數(shù)，什么時候使用大信號增益系數(shù)？如何獲得大信號增益系數(shù)，實驗or理論？3 激光的線寬很窄，△ν/ν是什么量級？腔長隨環(huán)境的變化會使激光頻率漂移到什么量級？3 激光器單縱模譜線寬度由誰決定，請列出涉及的因素。能不能歸納到一個參數(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，會改變B激光器的輸出模式嗎，為什么？3 激光原理中對形成譜線加寬機(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 列速率方程組時除區(qū)分單模和多模情形外，為什么還要將不同能級系統(tǒng)類型分開來討論？3 建立多模激光器速率方程組時需要做什么近似，為什么？ 五、練習(xí)題 ，激光上下能級的簡并度均為4，，，試計算該系統(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E2之間，高能級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E2為空能級，試求介質(zhì)的最大吸收系數(shù)，以及頻率的光穿過1cm后的該介質(zhì)后光強(qiáng)衰減多少？WPhvE3E2E1 對于如圖所示的第二種類型激光三能級系統(tǒng)，試導(dǎo)出激光上下能級間的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度Dn與泵浦幾率WP的函數(shù)關(guān)系，并畫出函數(shù)曲線。這里，激光上能級E3為亞穩(wěn)態(tài)，激光下能級E2壽命很短。 若如圖所示的第二種類型激光三能級系統(tǒng)中，各能級的簡并度均為1，各能級間躍遷幾率已知，而且激光上下能級的泵浦幾率之比恒定，試導(dǎo)出激光上下能級的反轉(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：說明增益使介質(zhì)色散反常？ 寫出描述第二種激光三能級系統(tǒng)介質(zhì)的速率方程組，并按照其結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行簡化，導(dǎo)出激光上下能級粒子布居反轉(zhuǎn)密度所對應(yīng)的速率方程，以及光子數(shù)所對應(yīng)的速率方程。進(jìn)而，討論該介質(zhì)的增益條件。1 腔長20cm的Nd3+：YAG激光器（YAG棒長10cm，泵浦光平均波長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 一臺腔長50cm的Nd3+：YAG激光器（YAG棒長75mm，一腔鏡全反射，輸出腔鏡透過率為15%，）。試求：(1)當(dāng)泵浦輸入功率為10kW時激光器的輸出功率；(2)當(dāng)輸出腔鏡透過率變成10%時，激光器斜率效率為多少，10kW泵浦輸入功率所對應(yīng)的激光器輸出功率為多大？1 一臺單模氣體激光器，腔長1m，一腔鏡反射率99%，另一腔鏡反射率可調(diào)，激活介質(zhì)長80cm，譜線均勻加寬，線寬為2GHz，不計其它損耗，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的一臺氦氖激光器630nm輸出波長所對應(yīng)激光上下能級的平均壽命為，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，諧振腔長為多少時可使燒孔重疊？1 如圖所示的激光系統(tǒng)，已知各能級統(tǒng)計權(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激光系統(tǒng)的激光能級與間的集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)曲線與有（51
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