题目内容
（请给出正确答案）
此题提供一种测量激光器内工作物质饱和光强Is(v)的方法，实验装置如图3．16所示。激光器由连续泵浦的均匀加宽四能级增益介质和两面反射镜组成(一面为全反射镜，另一面透过率为丁)。光电二极管测量介质的部分体积中发出的侧荧光功率，由功率计从部分反射镜端测出激光输出功率并从而得出输出光强Iout，用光谱仪测出激光频率v。假设增益介质低能级的集居数密度可忽略不计，上能级的泵浦速率为R。
(1)若激光器的某一面腔镜被挡住时侧荧光的功率是P0，激光器正常工作时侧荧光的功率是P，试推导P0／P和饱和光强Is(v)的关系式； (2)如果T=1％时测出Iout是1W／cm2，侧荧光功率是最大值的50％，Is(v)等于多少？
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第1题
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。
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第2题
某工作物质的能级及相应跃迁如图3．14所示。E2能级的寿命τ2=1μs，E1能级的寿命τ1=2μs。从t=0时刻开始，在单位时间内单位体积中由基态E0激励到E2能级的粒子数为R2=1020cm-3.s-1。在忽略受激跃迁迁的情况下 (1)求E2和E1能级粒子数密度n2和n1随时间变化的表示式； (2)达到稳态时n2和n1多大； (3)求在E2和E1间形成集居数反转的时间范围； (4)将该工作物质用于构成激光器时，对泵浦方式有何要求?
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第3题
如果直腔He—Ne激光器的一个振荡模使中心波长为632．8m跃迁的增益系数一Ne原子速度(光传播方向的速度)曲线在半高位置(该跃迁谱线线型函数的半高全宽△vD=1500MHz)形成烧孔，试求烧孔中心的Ne原子速度。
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第4题
考虑一个具有激发态吸收的吸收体。它具有三个能级E1、E2和E3，其中E1是基态，三个能级的统计权重相等，E3一E2=E2一E1=hv0。若有光强为I0，频率为中心频率v0的光入射，处于基态E1上的分子将吸收光能而跃迁到E2能级，激发态E2能级上的分子同样会吸收光能而跃迁到E3能级，这一现象称为激发态吸收。假设分子自E3能级跃迁到E2能级的几率极大，以致E3能级上的分子数密度n3≈0，E2能级的寿命为τ2， (1)求中心频率吸收系数β； (2)改变输入光强I0，可测出中心频率透射率T(I0)，试问如何通过所测得的T(I0)求出中心频率吸收截面之比σ23/σ12。
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