北交大激光原理第3章 Suggests for solving problems

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北交大激光原理第3章 Suggests for solving problems

考研期末考试激光原理

第二章速率方程理论

一、学习要求与重点难点学习要求

1．了解典型激光器的工作能级和常见激光介质的三、四能级特征； 2．掌握激光三、四能级系统单模速率方程组的建立方法； 3．掌握稳态情形下对小信号增益的求解； 4．理解均匀和非均匀加宽介质的增益饱和； 5．了解增益介质的色散；

6．理解超辐射现象和超辐射激光器工作原理； 7．了解激光放大现象和激光放大器工作原理。

重点

1．

2． 3． 4． 5．

激光三、四能级系统特征；

速率方程组的建立方法，及其近似处理；稳态情形下对小信号增益的求解；介质增益饱和的机制；超辐射现象。

难点

1．速率方程组的近似处理； 2．介质增益饱和的机制； 3．超辐射激光器工作原理。

考研期末考试激光原理

二、知识点总结

1. 典型激光器的主要工作能级

激光上能级：激发能级E中的离子电子态间跃迁3

694.3nm 激光下能级：基态4A2 红宝石(掺离子Cr)：

抽运能级：激发能级F2和F1

三能级系统I：

4 激光上能级：激发能级F3/2

YAG中950nm 离子电子态间跃迁4 掺钕离子Nd3 ：激光下能级：基态I9/2

24920nm44 钕玻璃中抽运能级：激发能级FH和F5/29/27/2S3/2

激光上能级：激发能级组3p44p 离子电子态间跃迁氩离子He：蓝488nm和绿514.5nm波段激光下能级：激发能级组3p44s

3p5 基态：激发能级

三能级系统II：

激光上能级：激发能级C3 u 向低电子态的分子振动态跃迁 N2分子：多条近紫外光，组B3 g 自终止377.1nm最强激光下能级：激发能级 1

基态：X g

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4 激光上能级：激发能级F3/2

4 激光下能级：激发能级I11/2 离子电子态间跃迁

1.06 m 2444 YAG中1.064 m，钕玻璃中抽运能级：激发能级FH和F5/29/27/2S3/2

基态:4I 3 9/2

掺钕离子Nd： 4

激光上能级：激发能级F3/2

4 激光下能级：激发能级 I13/2

离子电子态间跃迁

YAG中1.319 m，钕玻璃中1.37 m 2444

四能级系统I：抽运能级：激发能级FH和F 5/29/27/2S3/2

基态:4I

9/2

激光上能级：电子激发能级2E中振动基态 4 激光下能级：激发能级I11/2 离子不同电子态中振动能级间跃迁3

700 900nm宽带掺钛蓝宝石(离子Tr)：2444

抽运能级：激发能级FH和FS3/25/29/27/2

基态:4I

9/2

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3S 激光上能级：激发能级激光下能级：激发能级2P Ne原子电子态间跃迁 633nm

下泻能级：激发能级1S 1 基态：S0

2S 激光上能级：激发能级激光下能级：激发能级 2P Ne原子电子态间跃迁 HeNe(He 碰撞激励)： 1.15 m 下泻能级：激发能级1S 1 基态：S0

3S 激光上能级：激发能级激光下能级：激发能级3P Ne原子电子态间跃迁 3.39 m 下泻能级：激发能级1S四能级系统II：

基态：S0 激光上能级：振动激发能级带0001 0 激光下能级：振动激发能级带100 10.6 m 分子振动态间跃迁

1 下泻能级：振动激发能级带010

基态：振动基态级带0000

CO2(N2碰撞激励)：0

激光上能级：振动激发能级带001 0 激光下能级：振动激发能级带020 分子振动态间跃迁

9.6 m 1 下泻能级：振动激发能级带010

0000 基态：振动基态级带

2. 速率方程组

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g2A21g2A21 g上 d n

nW n[W (1 )B ] n布居反转粒子数密度： n n n下 P1P1a 上 dtg g g1212 下三能级系统I：

d B上下h g( , 0) B V n单模： dtaa d n nWAP 1 n(WP 1 Ba 21 四能级系统I： dt )2 d

dt Ba Va n

3. 布居反转

一个光子的受激跃迁几率：B

a 抽运能级向激光上能级驰豫效率： 1

激光上下能级荧光效率： 2 激光系统总量子效率： 1 2Va

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