[理學(xué)]連續(xù)激光器的工作特性-資料下載頁
2025-08-17 02:57本頁面
【正文】 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？解：線型函數(shù)是洛侖茲函數(shù)。所以有 由此可知增益線寬隨著信號(hào)光強(qiáng)的增大而加寬。也就是信號(hào)光的光功率越大，線寬越大。所以有時(shí)也稱這種加寬為功率加寬。1 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。解：由知，當(dāng)入射光的光強(qiáng)增大時(shí)就會(huì)減少，即隨著入射光強(qiáng)的增強(qiáng)，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)就會(huì)變少，這就是原子集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)的飽和效應(yīng)。1 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？1 試述非均勻加寬介質(zhì)中頻域燒孔的成因，及其深度。解：當(dāng)頻率為，光強(qiáng)為的飽和光束入射到非均勻加寬介質(zhì)時(shí)，入射光場(chǎng)只能與介質(zhì)中表現(xiàn)中心頻率為的那類原子產(chǎn)生強(qiáng)的共振相互作用，從而使這部分原子發(fā)生受激躍遷。結(jié)果使介質(zhì)中的原子集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)按表觀中心頻率的分布在與飽和光束頻率相應(yīng)處產(chǎn)生局部的飽和。與此對(duì)應(yīng)，與總原子集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)成正比的介質(zhì)，其小信號(hào)增益曲線在處亦產(chǎn)生局部的飽和，于是整個(gè)介質(zhì)的小信號(hào)增益曲線在飽和光束作用下便呈現(xiàn)出燒孔現(xiàn)象。飽和信號(hào)光強(qiáng)越強(qiáng)，燒孔越深且越寬。1 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。1 燒孔現(xiàn)象有哪些類型？ “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？2 ？如能，如何做到？如不能，為什么？解：能。只要適當(dāng)設(shè)計(jì)紅寶石的結(jié)構(gòu)，使其增益和損耗相互抵消，就能夠?qū)崿F(xiàn)其對(duì) 的光透明。2 寫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。 解：三能級(jí)系統(tǒng)的速率方程組為 考慮到，則上述式子可以化簡(jiǎn)為：若不計(jì)自發(fā)輻射對(duì)介質(zhì)內(nèi)單模光場(chǎng)光子數(shù)的貢獻(xiàn)，可得：2 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。2 一個(gè)高斯形狀的巨脈沖射向一個(gè)可飽和吸收薄染料盒，試畫出透過的脈沖形狀，并解釋形成的原因。解：當(dāng)激光脈沖的前沿通過染料盒時(shí)，由于染料對(duì)光的吸收作用，激光脈沖的前沿被吸收而不能通過，當(dāng)脈沖中間能量較高的部分通過染料時(shí)，染料對(duì)光的吸收達(dá)到飽和，脈沖的中間部分順利通過。而脈沖的中間部分通過以后，染料對(duì)光的吸收作用又加強(qiáng)，從而使脈沖的后沿又被吸收。特就是說染料相當(dāng)于一個(gè)光開光，當(dāng)弱光通過時(shí)，開關(guān)關(guān)閉，當(dāng)強(qiáng)光通過時(shí)，開關(guān)被打開，于是高斯脈沖通過染料盒后，被壓縮成脈寬較窄的脈沖。2 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。解： 2 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（514）式給出的典型三能級(jí)系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行比較。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是激光下能級(jí)的壽命很短，上能級(jí)為亞穩(wěn)態(tài)，即足夠長(zhǎng)。解： 2 。若級(jí)聯(lián)泵浦幾率分別為及，討論激光能級(jí)與能級(jí)間實(shí)現(xiàn)集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)的條件及與、的關(guān)系。設(shè)各能級(jí)原子向下躍遷或弛豫幾率皆已知，總集居數(shù)密度為.解： 2 若氣體工作物質(zhì)具有二能級(jí)、其粒子數(shù)密度分別為，能級(jí)的自發(fā)輻射壽命為，若吸收曲線呈現(xiàn)為高斯型，其線寬，中心頻率，試求（1）介質(zhì)的峰值吸收系數(shù)；（2）當(dāng)頻率為的光束穿過厚度為的上述氣體介質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)衰減了多少？解： 2 ，峰值發(fā)射截面為，求其飽和光強(qiáng)。解： ，求集居數(shù)密度差的穩(wěn)態(tài)解。討論它與泵浦速率、的關(guān)系并計(jì)算飽和光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布的條件，已知、能級(jí)的平均壽命分別為、間躍遷的自發(fā)輻射平均壽命為，為均勻加寬躍遷譜線，兩能級(jí)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重相等，受激躍遷幾率為。解： 3 ，設(shè)激光管內(nèi)充氣壓為，飽和光強(qiáng)為，試問當(dāng)腔內(nèi)平均光強(qiáng)分別為：（1）接近0；（2）時(shí)諧振腔腔長(zhǎng)多少長(zhǎng)才可使燒孔重疊？解： 3 ，兩端反射鏡的反射率分別為100%及97%，其他損耗可以忽略不計(jì)，為使該激光器工作于（1）1—2個(gè)縱模，但不能為3個(gè)縱模；（2）單個(gè)縱模，估算腔長(zhǎng)的允許范圍。（該激光器的最大小信號(hào)增益系數(shù)可按下式估算，即，其中為以為單位的放電毛細(xì)管直徑） 解： 3 ，設(shè)逆時(shí)針行進(jìn)的模的諧振腔頻率皆為，輸出光強(qiáng)分別為和。（1）若該激光管中充以單一氖同位素氣體，試畫出及時(shí)的增益曲線和集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)的軸向速度分布曲線；（2）當(dāng)時(shí)，激光器可輸出兩束穩(wěn)定的光和，而當(dāng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一束光變強(qiáng)，一束光熄滅的現(xiàn)象，試解釋其原因；（3）當(dāng)激光管中充以適當(dāng)比例的及混合氣體時(shí)，可消除上述一束光變強(qiáng)；令一束光變?nèi)醯默F(xiàn)象，試以的情況為例說明原因；（4）為使混合氣體的增益曲線基本對(duì)稱，在充混合氣體時(shí)，哪種同位素應(yīng)多一些。解：3 計(jì)算由于頻率牽引所導(dǎo)致的兩個(gè)相鄰縱模間的拍頻與無源腔頻差間的差別。（1）對(duì)多普勒加寬氣體激光器；（2）對(duì)均勻加寬激光器。解： Reference 激光原理 周炳昆 高以智等2004 國(guó)防工業(yè)出版社 激光光譜學(xué) 1989 科學(xué)出版社 激光原理 陳鈺清 王靜環(huán)編著 1992 浙江大學(xué)出版社 激光原理教程 沈柯1986 北京工業(yè)學(xué)院出版社 激光原理與技術(shù) 閻吉祥2004 高等教育出版社
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