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有一均匀加宽激光器如图4．8所示，两反射镜的反射率r1=0．95(T1=0)和r2=0．8(T2=0．2)。增益介质长10cm，腔长15cm。假设增益介质和腔内其他部分折射率均为1。激光器中心波长λ0=720nm，中心频率发射截面σ21=10-18cm2，中心频率饱和光强为20kW／cm2。求：
(1)无源腔的光子寿命； (2)连续工作时的中心频率阈值反转集居数密度； (3)假定在t=0时，注入泵浦光，使工作物质中瞬即产生2×1017cm-3的初始反转集居数密度，与此同时注入一束频率为中心频率(相应波长为720nm)的激光，使腔内光子数密度达到108光子数／cm3。忽略饱和效应，粗略估算需经历多长时间腔内光强能达到饱和光强的一半； (4)实际所需时间应比你估算的时间长还是短？
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下图(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(b)所示。试求：
一均匀加宽、高增益环形激光器，其结构如下图所示，四块反射镜的反射率分别为r1=0.9，r2=0.7，r3=0.6，r4=0.95；T1=T2=T4=0，T3=0.2。设小信号增益系数为阈值增益系数的3倍，中心频率附近的光波在腔内以逆时针方向传播。如中心频率饱和光强Is=5W/cm2，求输出光强。
光泵浦的激光器结构如下图(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35nm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△
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)。
图4．11(a)所示的环腔激光器中的激活介质为均匀加宽介质，跃迁中心波长λ0=600m，跃迁几率A21=6×104s-1，自发辐射线型为图4．11(b)所示的三角形，假设增益介质端面一空气间无损耗，上能级寿命为3．9μs，小信号反转粒子数密度△n0=5×1013cm-3。激光按逆时针方向振荡。求： (1)中心频率发射截面σ21，饱和光强Is和阈值反转粒子数密度； (2)在阈值以上有多少个TEM00q模； (3)腔内光强达到3×Is时的反转粒子数密度； (4)M2镜输出光强。
下图(a)所示的环腔激光器中的激活介质为均匀加宽介质，跃迁中心波长λ0=600nm，跃迁几率A21=6×104s-1，自发辐射线型为图(b)所示的三角形，假设增益介质端面-空气间无损耗，上能级寿命为3.9μs，小信号反转粒子数密度△n0=5×1013cm-3。激光按逆时针方向振荡。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，△
某调Q掺钕钇铝石榴石激光器具有均匀加宽洛伦兹线型，△vH=120GHz，起始反转粒子数密度△ni=5△t(v0)，式中△nt(v0)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v=v0+60GHz时的归一化峰值脉冲功率[Pm(v)／Pm(v0)]；归一化脉冲能量[E(v)／E(v0)]和估算归一化脉冲宽度[△t(v)／△t(v0)]。(假设调谐时泵浦功率或能量不变，工作物质长度等于腔长)。
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。
