第二课激光原理与典型激光器课后习题答案.ppt

习题与思考题 1 设一对激光能级为E1和E2（g1=g2），两能级间的跃迁频率为ν（相应的波长为λ），能级上的粒子数密度分别为n1和n2，试求 1）当ν=3000MHz，T=300K时，n2/ n1=？； 2）当λ=1um，T=300K时，n2/ n1=？； 3）当λ=1um，n2/ n1=0.2时，T=？ * * 答：利用热平衡下波尔兹曼分布公式,将已知条件带入便可求解： 其中h =6.626×10-34J · s，k=1.38×10-23J/K。 1）n2/n1=0.9998; n2/n1=1.425×10-21； T=1.117×10-4K。 习题与思考题 2 λ＝0.5μm时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T=300K时，什么波长下自发辐射率相等？ * * 习题与思考题 为使氦氖激光器(λ=632.8nm)的相干长度达到1km，它的单色性?λ/λ是多少？（相干长度定义为L=c*?t=c/?ν ） 答：因为v=c/λ，因此有： ?ν=-c ?λ/λ2, 也就是?λ/λ=- ?νλ/c， 又因为相干长度定义=c/?ν ，带入上式有： ?λ/λ =λ/L，带入数据计算可得： ?λ/λ=632.8nm/1km=6.328×10-10。 * 习题与思考题 4 比较二能级系统中自发辐射与受激辐射的差异(画能级图)。 * 答：自发辐射是处于高能级态E2的原子自发跃迁到低能级态E1，并同时向外辐射出一个光子。受激辐射是处于高能级态E2的原子在的外界光作用下跃迁到E1，同时辐射出与外界光信号同一状态的光子。 自发辐射与外界作用无关。各原子的辐射都是独立地进行。因而所发光子的频率、初相、偏振态、传播方向等都不同。不同光波列是不相干的。其相干性、单色性、方向性都很差。而受激辐射是在外界光子的刺激作用下发生的，而且受激辐射出的光子，与入射光子具有相同的频率，相同的初相，相同的传播方向，相同的偏振态等。即与外来光子具有完全相同的状态。（能级图如下） * A 自发辐射 B 受激辐射 习题与思考题 试利用玻尔兹曼分布公式以及普朗克公式推导爱因斯坦关系式。 * * 习题与思考题 6 利用爱因斯坦关系式分析为什么二能级系统不能产生激光？（dN2/dt=0） * * 习题与思考题 7 简述激光产生的条件。 * * * 习题与思考题 8 以一个三能级原子系统为例，说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。 * * * * * * * *