激光原理作业计算题答案

14．有光源一个，单色仪一个，光电倍增管及电源一套，微安表一块，圆柱形端面抛光红宝石样品一块，红宝石中铬粒子数密度1931.910/cm n =⨯，694.3nm 荧光线宽113.310Hz F ν∆=⨯。

可用实验测出红宝石的吸收截面、发射截面及荧光寿命，试画出实验方块图，写出实验程序及计算公式。

解：实验方框图如下：实验程序以及计算公式如下：(1) 测量小信号中心频率增益系数：移开红宝石棒，微安表读数为1A ，放入红宝石棒，微安表的读数为2A ，由此得到小信号增益系数为0211ln Ag l A =减小入射光光强，使小信号增益系数最大。

然后维持在此光强，微调单色仪鼓轮以改变入射波长(频率)，使小信号增益系数最大，此最大增益系数即为小信号中心频率增益系数00()g ν。

(2) 计算：由于21120,,n n n f f ≈≈=，所以 发射截面和吸收截面为：1211221ln A nl A σσ==荧光寿命为：22022222121012144ln(/)F F nl v A A A λτπσννπνη===∆∆20．若红宝石被光泵激励，求激光能级跃迁的饱和光强。

解：首先列出稳态时的三能级速率方程如下：311333132()0dn nW n A S dt=-+= (1) 221022121332(,)()0dn n N n A S n S dtσννν=-∆-++= (2) 123n n n n ++= (3) 21n n n ∆=- (4)由于31A 远小于32S ，由(1)式可得：113332nW n S =所以，由(1)~(4)式可以得到：2102121131321212(,)()()0I d nn n A S W dt h n W A S νσννν∆=-∆-∆++=--= 式中，I ν为波长为694.3nm 的光强。

由上式可得：21002121132200220(,)12()[()()]2 ()()(1)2H H Sn n I h A S W n I I ννσννννννννν∆∆≈+++∆-+=∆∆-++ 其中0132121212113()n W A S n A S W --∆=++0132121()2S h I W νστ=+ 221211A S τ=+21．推导图4.3所示能级系统2—0跃迁的中心频率大信号吸收系数及饱和光强s I 。

激光原理答案作业一1、布隆伯根(Nicolaas Bloembergen) 是在哪一年提出了利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转分布的新构想？请介绍一下他的简单情况。

1958年，布隆伯根（Nicolaas Bloembergen）提出利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转分布的新构思。

布隆姆贝根是非线性光学理论的奠基人。

他提出了一个能够描述液体、半导体和金属等物质的许多非线性光学现象的一般理论框架。

他和他的学派在以下三个方面为非线性光学奠定了理论基础：一、物质对光波场的非线性响应及其描述方法；二、光波之间以及光波与物质激发之间相互作用的理论；三、光通过界面时的非线性反射和折射的理论。

他把各种非线性光学效应应用于原子、分子和固体的光谱学研究，从而形成了激光光谱学的一个新领域——非线性光学光谱学。

1981年诺贝尔物理学奖----激光光谱学与电子能谱学布隆姆贝根肖洛凯.西格班1981年诺贝尔物理学奖的一半授予马萨诸塞州坎伯利基哈福大学的布隆姆贝根（Nicolaas Bloembergen,1920-- ）和美国加利福尼亚州斯坦福大学的肖洛（Arthur L.Schawlow,1921-- ）,以表彰他们在发展激光光谱学所作的贡献；另一半授予瑞典乌普沙拉（Uppsala）大学的凯.西格班（Kai M.Siegbahn,1918-- ）,以表彰他在高分辨率电子能谱学所作的贡献。

布隆姆贝根的主要工作是在激光光谱学、非线性光学、核磁共振以及电子顺磁共振等领域。

他的科学成就式多方面的。

特别是，他对激光光谱学的发展是从一条独特的道路上做出的。

2. 简单介绍神光I、神光II、神光III？神光Ⅱ高功率激光装置是由中国科学院、中国工程物理研究院、国家高技术863和国家高技术863主题四方共同投资，由高功率激光物理国家实验室负责研制的、迄今国内规模最大的高功率激光聚变实验装置，也是世界上为数不多的激光聚变实验装置之一。

µ
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练习： 思考练习题2第 题 练习： （思考练习题 第9题）.
第 二 章
§ 2 4 非 均 匀 增 宽 型 介 质 的 增 益 系 数 和 增 益 饱 和 .
连 续 激 光 器 的 原 理
µ hν 0 f (ν 0 ) πc∆ν c I s (ν 0 ) = hν 0 σ e (ν 0 ) ⇒ I s (ν 0 ) = 2 µτ σ e (ν ) = ⇒ ∆n σ e (ν 0 )τ 2 µ f (ν 0 ) = G (ν ) = ∆nB21 hνf (ν ) π∆ν c hν 0 （2） I s (ν 0 ) = σ e (ν 0 )τ ⇒ 2 c f (ν 0 ) σ e (ν 0 ) = 2 8πν 0 µ 2τ hν 0 4π 2 hcµ 2 ∆ν I s (ν 0 ) = = = 3.213 × 10 5 W / cm 2 σ e (ν 0 )τ λ3 上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 二 章
§ 2 4 非 均 匀 增 宽 型 介 质 的 增 益 系 数 和 增 益 饱 和 .
练习： 思考练习题2第 题 练习： （思考练习题 第6题）. 推导均匀增宽型介质，在光强I，频率为ν的光波作 用下，增益系数的表达式(2-19)。
∆ν 2 0 ) ]G (ν ) G (ν ) 2 = G (ν ) = I f (ν ) I ∆ν 2 1+ (ν − ν 0 ) 2 + (1 + )( ) I s f (ν 0 ) Is 2
.
I ( z ) = I ( 0) e
− Az
I ( z) 1 − 0.01⋅100 ⇒ =e = = 0.368 I ( 0) e

激光原理第二章习题答案1．估算2CO 气体在室温(300K)下的多普勒线宽D ν∆和碰撞线宽系数α。

并讨论在什么气压范围内从非均匀加宽过渡到均匀加宽。

解：2CO 气体在室温(300K)下的多普勒线宽D ν∆为11822770693103007.16107.161010.61044 0.05310HzD T M νν---⨯⎛⎫⎛⎫∆=⨯=⨯⨯⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭=⨯ 2CO 气体的碰撞线宽系数α为实验测得，其值为49KHz/Pa α≈2CO 气体的碰撞线宽与气压p 的关系近似为L p να∆=当L D νν∆=∆时，其气压为930.053101081.6Pa 4910Dp να∆⨯===⨯所以，当气压小于1081.6Pa 的时候以多普勒加宽为主，当气压高于1081.6Pa 的时候，变为以均匀加宽为主。

2．考虑某二能级工作物质，2E 能级自发辐射寿命为s τ，无辐射跃迁寿命为τ。

假定在t=0时刻能级2E 上的原子数密度为2(0)n ，工作物质的体积为V ，自发辐射光的频率为ν，求：(1)自发辐射光功率随时间t 的变化规律；(2)能级2E 上的原子在其衰减过程中发出的自发辐射光子数；(3)自发辐射光子数与初始时刻能级2E 上的粒子数之比2η，2η称为量子产额。

解：(1) 在现在的情况下有可以解得：11()22()(0)s tn t n eττ-+=可以看出，t 时刻单位时间内由于自发辐射而减小的能级之上的粒子数密度为2/s n τ，这就是t 时刻自发辐射的光子数密度，所以t 时刻自发辐射的光功率为：222()()s dn t n ndt ττ=-+(2) 在t dt →时间内自发辐射的光子数为：所以(3) 量子产额为：3．根据红宝石的跃迁几率数据：71513132312121310.510,310,0.310,,0.S s A s A s S S ---=⨯=⨯=⨯=估算13W 等于多少时红宝石对694.3nm λ=的光是透明的。