在气态下,镧系元素的价层电子构型为____________________;若按照鲍林(Pauling)能级填充顺序图,La的价层电子构型应是____________________;而实际上它的价层电子构型为____________________。
A.3d,4s,4p,5s
B.6s,4f,5d,6p
C.4f,5d,6s,6p
D.7s,7p,5f,6d
一激光系统的有关参数如下图4.12(b)所示,能级2→能级1的自发发射爱因斯坦系数为5×104s-1,自发发射谱线线型近似为三角形,如图4.12(a)所示。若以泵浦速率R2将粒子激励到能级2后,粒子向下跃迁到能级1,能级1及能级2的寿命均为10μs。假设系统处于稳态,激活介质的折射率为1.76,统计权重f2=1,f1=2。
(1)求能级2→能级1跃迁中心频率的发射截面; (2)根据图4.13所示激光器参数,计算阈值泵浦速率; (3)从速率方程出发,推导大信号情况下的能级2一能级1反转粒子数密度和中心频率处增益系数表达式(表达式用泵浦速率、能级寿命、能级统计权重和发射截面来表示)。
均匀加宽气体激光工作物质的能级图如下图所示,其中能级0为基态。单位体积基态分子至上能级3的泵浦速率为R3,如果τ3/τ1合适,则可获得能级3→能级1跃迁的增益。然而基态分子也可被激励到能级2(单位体积的泵浦速率为R2),如有与λ21相应的谐振腔,能级2→能级1跃迁可形成激光,它将使能级1的分子数密度增加,并使波长λ31的增益下降。假设系统处于稳态,各能级的统计权重均为1,能级2→能级1的自发辐射可忽略不计,1/τ3=1/τ30+1/τ31。
图4.5(a)为一连续工作均匀加宽激光器的能级系统,假设能级1和能级2的泵浦速率相同(即R1=R2),能级1寿命τ1≈0,能级2寿命τ2=100ns,能级2至能级1跃迁中心频率处的发射截面σ=1.3×10-17cm2,能级0未抽空。光谐振腔其他参数如图4.5(b)所示。
试求: (1)能级2至能级1跃迁小信号增益系数为0.05cm-1时所需的单位体积泵浦功率(单位:W/cm3); (2)从腔的右端可获得的激光输出光强。
均匀加宽激光工作物质的能级图如图3.15所示。
单位体积中将原子自能级0(基态)激励至能级2的速率是R2。能级2的原子以几率τ21-1及τ20-1返回能级1和能级0。能级2→能级1的自发辐射几率A21=6×106s-1,线宽△v=10GHz(假设具有洛伦兹线型)。能级1上的原子以极快的速率跃迁到能级0,所以能级1的原子数密度n1≈0。折射率为1。 (1)求能级2→能级1跃迁的中心频率发射截面; (2)要使小信号中心频率增益系数g0(v0)=0.01cm-1,R2应有多大? (3)求能级2→能级1跃迁的中心频率饱和光强; (4)要得到上述小信号中心频率增益系数,需要多大的泵浦功率密度? (5)将线宽用nm及cm-1为单位表示。
均匀加宽气体激光工作物质的能级图如图3.12所示
其中能级0为基态。单位体积基态分子至上能级3的泵浦速率为R3,如果τ3/τ1合适,则可获得能级3→能级1跃迁的增益。然而基态分子也可被激励到能级2(单位体积的泵浦速率为R2),如有与λ21相应的谐振腔,能级2→能级1跃迁可形成激光,它将使能级1的分子数密度增加,并使波长λ31的增益下降。假设系统处于稳态,各能级的统计权重均为1,能级2→能级1的自发辐射可忽略不计,1/τ3=1/τ30十1/τ31。 (1)假设R2=0,能级2→能级1的跃迁未形成激光,写出能级3→能级1跃迁的小信号中心频率增益系数g0(λ31)的表示式; (2)假设R2≠0,能级2→能级1跃迁被激光强烈饱和,并忽略能级2→能级1的自发辐射,写出小信号中心频率增益系数g0(λ31)的表示式。