一个环形激光器,其结构参数如下图所示,四块反射镜的反射率分别为r1=0.96,r2=0.8,r3=0.97,r4=0.98;T1=T3=T4=0,T2=0.2。受激辐射跃迁的上能级E2=3.2eV,能级寿命为1.54ms,中心频率发射截面为2×10-20cm2,跃迁中心波长为760nm。从基态直接泵浦到E2的泵浦速率为R02,若下能级寿命近似为0。现假定光波在腔内以逆时针方向传播,试求:
某调Q掺钕钇铝石榴石激光器具有均匀加宽洛伦兹线型,△=120GHz,起始反转粒子数密度△ni=5△nt(),式中△nt()为Q开关开启后中心频率处的阈值反转粒子数密度。如果腔内设置一可调谐选纵模机构来改变巨脉冲的频率,且忽略插入损耗。试求当时的归一化峰值脉冲功率;归一化脉冲能量和估算归一化脉冲宽度。(假设调谐时泵浦功率或能量不变,工作物质长度等于腔长)。
光泵浦的激光器结构如图4.3(a)所示,激光工作物质的有关参数如下:A20=5×107s-1;A21=1×108s-1;τ1=20ns;总粒子数密度n=n0+n1+n2=1014cm-3。泵浦波长351nm处的发射截面为10-14cm2,能级2→能级1的跃迁具有均匀加宽线型,中心波长为535nm,线宽△v=1GHz。忽略泵浦光传输到腔内时的损失,并假设此系统处于稳态,折射率η=1,各能级的统计权重如图4.3(b)所示。试计算:
(1)能级2→能级1中心波长的发射截面; (2)能级2→能级1的阈值增益系数; (3)该激光器振荡在λ21=535nm时的单位面积的阈值泵浦光强(单位:W/cm2)。
一激光系统的有关参数如下图(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(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。
设计一个焦距f'=1000mm,D/f'=1/10的平行光管物镜,玻璃采用ZBaF3(nD=1.6568,nC=1.65306,nF=1.66591,ng=1.67306,νD=51.1)和TF3(nD=1.6123,nC=1.60825,nF=1.62214,ng=1.62991,νD=44.1)。试求△L'FCD和△L'gCF。
假设四能级系统中每个能级的统计权重相等。对其施以级联泵浦,E1(基态)至E3能级的泵浦跃迁几率W13=WA,E3至E4能级的泵浦跃迁几率W34=WB。每个能级至各个下能级的跃迁几率为γji。求:
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。
4.15光泵浦的激光系统如下图所示,激光工作物质能级示于图(a),在热平衡状态下,能级1,能级2上的粒子数可忽略不计。将泵浦光波长调到能级0→能级2跃迁中心频率,从一侧入射到工作物质上,将能级0的粒子抽运到能级2。能级2的粒子数通过自发发射和无辐射跃迁回到能级0,其跃迁几率分别为A20=106s-1,S20=5×106s-1;能级2和能级1之间存在自发发射和受激发射,其自发发射爱因斯坦系数A21为105s-1,能级1的寿命τ1=10-7s。为了简化,假定n2,n1n0,基态粒子数密度视为常数,n0=10-7cm-3。该激光工作物质为均匀加宽介质,能级2→能级0及能级2→能级1跃迁谱线具有洛伦兹线型,其线宽△=10GHz,激光器处于稳态工作。其他参数如下图(b)中所示。求: