激光原理作业.docx

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1、思考练习题14．(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）（2）5．在红宝石Q调制激光器中，有可能将全部Cr3＋(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。设红宝石直径0.8cm，长8cm，铬离子浓度为2×1018cm－3，巨脉冲宽度为10ns。求：(1)输出0.6943mm激光的最大能量和脉冲平均功率；(2)如上能级的寿命＝10－2s，问自发辐射功率为多少瓦？答：（1）最大能量脉冲平均功率＝（2）11．静止氖原子的3S

2、2®2P4谱线的中心波长为0.6328mm，设氖原子分别以±0.1c,±0.5c的速度向着接收器运动，问接收到的频率各为多少？答：同理可求：；；12．设氖原子静止时发出0.6328mm红光的中心频率为4.74×1014Hz，室温下氖原子的平均速率设为560m/s。求此时接收器接收频率与中心频率相差若干？答：13．(1)一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm-1、光通过10cm长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几?(2)—光束通过长度为1m的均匀激活的工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。答；（1）（2）思考练习题21.利用下列

3、数据，估算红宝石的光增益系数n2－n1＝5´1018cm-3，1/f(n)＝2×1011s-1，＝3´10-3s，λ＝0.6943mm，＝l.5，g1＝g2。答：2.He-Ne激光器中，Ne原子数密度n0＝n1+n2＝l012cm-3，1/f(n)＝15×109s-1，λ＝0.6328mm，＝10-17s，g3＝3，g2＝5，,又知E2、E1能级数密度之比为4，求此介质的增益系数G值。答：(a)要制作一个腔长L＝60cm的对称稳定腔，反射镜的曲率半径取值范围如何？(b)稳定腔的一块反射镜的曲率半径R1＝4L，求另一面镜的曲率半径取值范围。答：（a）；（b）4

4、.稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R1＝40cm，R2＝100cm，求腔长L的取值范围。答：研究激光介质增益时，常用到“受激发射截面”(cm2)概念，它与增益系数(cm－1)的关系是，为反转粒子数密度，试证明：具有上能级寿命为，线型函数为的介质的受激发射截面为。证明：5.推导均匀增宽型介质，在光强I，频率为n的光波作用下，增益系数的表达式(2-19)。证明：而：依据上面两式可得：；即证。9.饱和光强是激光介质的一个重要参数。证明均匀增宽介质在中心频率处的饱和光强，并计算均匀增宽介质染料若丹明6G在＝0.5950mm处的饱和光强。(已知t＝5.5×l0

5、—9s，＝4.66×1013Hz，＝1.36)答：(1)(2)10.求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。已知＝6328Å，1/f(n)＝109Hz，＝1，设总损耗率为，相当于每一反射镜的等效反射率R＝l－L＝98.33％，＝10—7s，腔长L＝0.1m。答：11.红宝石激光器是一个三能级系统，设Cr3＋的n0＝1019／cm3，t21=3´10-3s，今以波长λ＝0.5100mm的光泵激励。试估算单位体积的阈值抽运功率。答：13.YAG激光器为四能级系统。已知＝1.8×1016cm－3，t32＝2.3´10-4s。如以波长0.75mm的光泵激励。求单位体积

6、的阈值功率并与上题比较红宝石的阈值功率是它的几倍。答：(1)(2)倍数＝65/2.1=31思考练习题31．腔长为0.5m的氩离子激光器，发射中心频率＝5.85´l014Hz，荧光线宽＝6´l08Hz，问它可能存在几个纵模?相应的q值为多少？(设=1)答：，，则可能存在的纵模数有三个，它们对应的q值分别为：，q＋1=1950001，q－1＝19499992．He—Ne激光器的中心频率＝4.74×1014Hz，荧光线宽＝1.5´l09Hz。今腔长L＝lm，问可能输出的纵模数为若干？为获得单纵模输出，腔长最长为多少？答：，即可能输出的纵模数为10个，要想获得单纵模

7、输出，则：故腔长最长不得大于。3．（1）试求出方形镜对称共焦腔镜面上模的节线位置的表达式(腔长L、光波波长l、方形镜边长a)（2）这些节线是否等间距？答：（1）（2）这些节距是等间距的4．连续工作的CO2激光器输出功率为50W，聚焦后的基模有效截面直径＝50mm，计算(1)每平方厘米平均功率(50W为有效截面内的功率)(2)试与氩弧焊设备(104W／cm2)及氧乙炔焰(103W／cm2)比较，分别为它们的多少倍？答：（1）每平方厘米的平均功率为：（2）；是氩弧焊的倍。；是氧乙炔焰的倍。5．(a)计算腔长为1m的共焦腔基横模的远场发散角，设λ＝6328Å，10

8、km处的光斑面积多大。(b)有一普通探照灯，设发散角