工作物质的能级系统中E0是基态。E2及E1能级的寿命是τ2和τ1,E2→E1的自发辐射几率是τ21-1。三个能级
工作物质的能级系统如下图(b)所示。单位体积中自基态能级0→能级2的激励速率是R2,能级1的寿命极短,以至于该能级的粒子数密度n1≈0,能级2的寿命是τ2。今有一宽为T(T>τ2),光强为I,频率与能级2-能级1跃迁中心频率相应的矩形脉冲光照射该工作物质。观察者用光探测器检测其侧荧光并用示波器记录荧光波形。入射光脉冲及荧光波形图如图(a)所示,S0与S1分别为无光照及有光照时的侧荧光达到稳态时的光强。
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:
气体介质中粒子数密度n=1023cm-1,E2能级比基态E1能级的能量高2.48eV(跃迁中心波长λ0=0.5μm),E2能级的自发辐射寿命=1ms,E2→E1能级的自发辐射谱线具有洛伦兹线型(线宽△=1GHz)。在热平衡温度为T1(kbT1=0.026eV)和T2(kbT2=0.26eV)(kb为玻耳兹曼常数)时,求:
(1)若系统未激发,求能级1→能级2的吸收系数; (2)若激励强度无限大,求可获得的最大的小信号增益系数。
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。
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。
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:
A . 分子从较高能级的激发态跃迁到第一激发态的最低振动能级
B . 分子从单线第一激发态的最低振动能级跃迁到基态的最低振动能级
C . 分子从单线第一激发态的最低振动能级跃迁到基态的各振动能级
D . 分子从三线激发态的最低振动能级跃迁到基态的各个振动能级
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:
A . 产生光辐射的能源不同
B . 激发态能态的多重度不同
C . 跃至基态中的振动能级不同
D . 无辐射弛豫的途径不同