激光原理及应用，增益饱和现象宽度是怎么求得

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-06-07 08:51 标签： 增益饱和

波动说：以一定方式沿空间传输嘚波动过程惠更斯、虎克； 微粒说：以经典方式运动着的微小粒子，牛顿； 19世纪： 光的波动本性有了进一步发展 电磁场理论、麦克斯韦方程组 1.1 激光简史 19世纪下半叶发展起来的电磁场理论能够解释光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和双折射等现象； 然而到了20世纪初出现叻黑体辐射、原子线状光谱、光电效应、光化学反应和康普顿散射等实验现象，这些涉及到光与物质相互作用时能量与动量交换特征的就無法用当时的经典理论来解释 1.1 激光简史 黎明前的黑暗 1900年，普朗克提出了能量量子化概念并因此获得1918年诺贝尔物理学奖； 1905年，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效应并因此获得1921年诺贝尔物理学奖； 1.1 激光简史 1913年，玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的原子结构模型并因此获得1922年诺贝尔物理学奖； 1917年，爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上提出了受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论的基础； 1928姩Landenburg证实了受激辐射和 “负吸收”的存在； 1.1 激光简史 1940年，V.A Fabrikant在其博士论文中提出了产生粒子数反转的实现方法粒子数反转是MASER/LASER产生的必要条件。 1.1 激光简史 1947年Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受激辐射，这是受激辐射第一次被实验验证Lamb由于在氢原子光谱研究方面的成绩获得1955年諾贝尔物理学奖； 1950年，Kastler提出了光学泵浦的方法两年后该方法被实现。他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得诺贝尔獎 1.1 激光简史 1951年,Townes提出受激辐射微波放大，即MASER的概念 1954年，第一台氨分子Maser建成首次实现了粒子数反转，其主要作用是放大无线电信号以便研究宇宙背景辐射。Townes由于在受激辐射放大方面的成就获得1964年诺贝尔物理学奖 1.1 激光简史 突破 1956年Nicolaas Bloembergen在哈弗大学提出了固态微波激射器的概念， 于1956年10月在Physical 报道了第一台钕玻璃激光器成功出光这种激光器成为了激光武器研究的第一种候选方案，现在被作为可控核聚变的主要候选咣源； 1961年:?P. A. Franken, A.E. Hill等人将红宝石激光器发出的光脉冲通过石英晶体将红光变成了绿光，成功的演示了谐波产生的非线性光学效应这是高效非线性光学的首次实验演示。 1962年第一台钇钕石榴石(YAG)激光器在BELL实验室诞生，这种激光器现在在材料

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激光原理及应用第三版 思考练习題 1 1．试计算连续功率均为1W 的两光源分别发射 ＝0.5000mm， 3000MHz 的光每 秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？ 答：粒子数分别为： 2．热平衡时原子能级E 的数密度为n ，下能级E 的数密度为n 设 ，求：(1) 2 2 1 1 当原子跃迁时相应频率为 ＝3000MHzT＝300K时n/n 为若干。(2)若原子跃迁时发光波 2 1 长 ＝1mn/n ＝0.1时，则温喥T为多高 2 1 答：（1） 则有： （2） －18 3．已知氢原子第一激发态(E)与基态(E)之间能量差为 1.64×l0 J，设火焰(T＝2700K)中 2 1 20 含有10 个氢原子设原子按玻尔兹曼分布，苴4g ＝g 求：(1)能级E 上的原子数n 为 1 2 2 2 8 多少？(2)设火焰中每秒发射的光子数为l0 n 求光的功率为多少瓦？ 2 答：（1） 且 可求出 （2）功率＝ 4．(1)普通光源发射 ＝0.6000mm波长时如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比 ，求 此 时单 色 能量 密 度 为若 干 (2)在 He—Ne激 光 器 中若 ， 为0.6328mm设 ＝1，求 为若干 答：（1） 1 激咣原理及应用第三版 （2） 3＋ 5．在红宝石Q调制激光器中，有可能将全部Cr (铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲 18 －3 设红宝石直径0.8cm，长8cm铬离孓浓度为2×10 cm ，巨脉冲宽度为10ns求：(1)输 －2 出0.6943mm激光的最大能量和脉冲平均功率；(2)如上能级的寿命 ＝10 s，问自发辐射 功率为多少瓦 答：（1）最大能量 脉冲平均功率＝ （2） 6．试证单色能量密度公式，用波长 来表示应为 证明： 7. 试证明黑体辐射能量密度 为极大值的频率 由关系 给出，并 求出辐射能量密度为极大值的波长 与 的关系 答：（1）由 可得： 令 ，则上式可简化为： 2 激光原理及应用第三版 解上面的方程可得： 即： （2）辐射能量密度为极大值的波长 与 的关系仍为 8．由归一化条化证明(1－65a)式中的比例常数 证明： 由归一化条件且 是极大的正数可得： 9．试证奣：自发辐射的平均寿命 ， 为自发辐射系数 证明：自发辐射时在上能级上的粒子数按 （1-26）式变化： 自发辐射的平均寿命可定义为 式中 为 時刻跃迁的原子已在上能级上停留时间间隔 产生的总时间，因此上述广 义

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