3. 激光介质的增益系数和极化系数的实部还是虚部有关?为什么?
答:与虚部有关;虚部表示介质对入射场的吸收或者放大,虚部会导致场振幅的指数衰减,对光强造成影响,而增益系数与光强的吸收或放大有关。
4. 谱线的线型因子中分为均匀加宽线型因子和非均匀加宽线型因子。请问为什么原子辐射会有线型,或辐射宽度?两种不同线型因子的区别是啥?
答:原子发射的光是在频率υ附近某个频率范围内的,故产生了谱线加宽,即是辐射宽度。
均匀加宽中,每个原子有相同的中心频率,对辐射场有相同
的响应,每个单独原子的谱线和整个体系的谱线作同样的展宽;而在非均匀加宽中,每个原子具有不同的中心频率,它们对其中心频率附近小范围内的辐射做出贡献,在没有展宽单个原子谱线的情况下使整个体系的谱线予以展宽。
5. 线型因子中又分为洛伦茨线型和高斯线型,它们分别对应着那种加宽机理?
答:洛伦兹线型对应自然加宽和碰撞加宽; 高斯线型对应多普勒加宽。
6. 非均匀加宽介质对应的辐射线型因子的主要特点是什么?以气体的多普勒加宽为例说明。
答:是高斯分布函数,满足归一化条件,有最大值。 多普勒线性函数就是原子数按表观中心频率的分布函数
c?m?~?gD??,?0???e??0?2?kbT??12?mc22????v?v??02???2kbTv0? (1)具有高斯函数形式
12c?m??gD??,?0??? 当???0时,具有最大值 ~?? ;
?0?2?kbT?gD??,?0??式(1)也可改写为下述形式~2?In2???e??D???12?4In2????0?2????2????D??
满足归一化条件
7,建立四能级系统的速率方程的主要考虑是什么?一共有几个方程?写出其中的光子数变化方程的表示,并说明各个物理量的意义。 答: 5个方程;
dNl?Nlf2??????n?n??,?vN?20l?121dt?f?Rl1??;
vNl光子数密度 ;?21??,?0?发射截面 ;子寿命
工作物质中的光速;?Rl 光
7. 速率方程主要描述了什么物理量的变化规律?求解速率方程的主要目的是为了解决那些物理问题? 答:能量粒子数密度随时间变化的微分方程;
研究各能级粒子数随光强的关系
8. 饱和效应对均匀加宽和非均匀加宽的影响有何不同?烧孔效应的物理机理是什么?
答:均匀加宽情况下的增益饱和效应的强弱与频率有关,在中
心频率处饱和效应最强,偏离中心频率越远饱和效应越弱。对于非均匀加宽,饱和效应的强弱与频率无关。 烧孔效应:在非均匀加宽情况下,当频率为V,强度为I
的强光入射时,将引起V一定范围内反转粒子数的增益饱和,使各自与频率的关系曲线上烧出一个孔来,即是烧孔效应,表示入射光I对反转粒子数的选择性消耗。
第三章 激光器的振荡特性
1. 激光器的振荡阈值中有翻转粒子数阈值和增益阈值,它们和那些物理量相关?
答:不同模式(频率)具有不同的受激辐射截面,反转粒子数密度不同,则反转粒子数阈值不同;阈值增益系数由单程损耗决定,不同纵模具有相同的阈值,不同横模具有不同的单程损耗,其阈值增益不同。
2. 请描述空间烧孔效应的物理过程。
答:当频率一定的纵模在腔内形成稳定振荡事产生一个驻波场。波腹处光强最大,波节处光强最小,消耗反转粒子数后,波腹处光强最小而波节处光强最大,则形成了空间烧孔。可见空间烧孔的形成过程由驻波腔和粒子空间转移慢引起的。
3. 请描述短脉冲激发过程中的弛豫震荡过程的物理机理。 答:四个阶段。(激光器的尖峰效应的四个阶段)
4. 激光器的频率牵引过程指的是与纵模间相关的物理过程,请简述物理机理?
答:当激光器的纵模频率与增益介质的中心频率不重合时,纵模频率在振荡过程中会牵向中心频率靠拢。由于腔内增益介质的折射率吧对振荡频率存在色散,这种色散关系与激活介质的增益系数及增益曲线有关。在有源腔中,由于增益物质的色散,纵模频率比无源腔纵模频率更靠近谱线中心频率,则就是频率牵引。
5. 激光器的无源腔和有源腔的线宽与那些物理量有关? 答:无源腔线宽由无源腔内的光子寿命决定,有源腔的线宽取决于净损耗δ。
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