激光原理笔记

= =今年怎么突然就变成闭卷考试了呢……不想弄笔记本,就在这里记下笔记吧,考试的题都会提前上课讲;所以这是一个考试导向型笔记……

一些重点

$$D(\nu)=\frac{8\pi\nu^2}{c^3}$$

题目

传说中的第零题

从激光的定义出发,论述一台激光器的基本组成有哪些?

  • 激光是一种特殊的光,是由粒子(原子、分子、离子等)系统(工作物质)的受激辐射光放大过程所产生的高亮度相干光;是受激辐射过程超过受激吸收过程和自发辐射过程而占优势所产生的光放大;
  • 激光产生需要受激辐射大于受激吸收,这要求有泵浦源提供外界能量输入,同时需要有不少于两个激发态能级的工作物质
  • 激光的光子简并度$\delta>1$,这要求激光器能够在增加光子数的同时减少模式数,而共振腔可以实现这一功能;

Problem 1

如何测量爱因斯坦自发辐射系数

  • 自发辐射光强随时间的变化满足
    $$I(t)=\alpha n_2(t)A_{21}h\nu=\alpha n_{20}e^{-A_{21}t}A_{21}h\nu=I_0e^{-A_{21}t}$$

呈现指数衰减。

因此可以利用纯粹的自发辐射荧光光强的指数衰减关系,测量某两能级之间跃迁的上能级平均寿命$\tau_{21}$来计算爱因斯坦自发辐射系数$A_{21}$

Problem 2

如何使得受激辐射过程超过自发辐射和受激吸收?

  • 受激辐射过程产生的光>受激吸收过程吸收的光

    • $W_{21}n_2>W{12}n_1\to B_{21}n_2>B_{12}n_1$
    • 而$\frac{B_{21}g_2}{B_{12}g_1}=1$,故$B_{21}n_2>\frac{g_2}{g_1}B_{21}n_1$
    • 即:$\delta n=n_2-\frac{g_2}{g_1}n_1>0$,这是粒子数反转条件
  • 受激发射>自发辐射

    • $\frac{W_{21}}{W_{12}}=\frac{B_{21}\rho(\nu,T)}{B_{12}\rho(\nu,T)}=\frac{B_{21}}{B_{12}}$
    • $W_{21}n_2>W_{12}n_1 \to \frac{W_{21}}{A_{21}}>1\to\overline\delta>1$

Problem3

简单说明下什么是频率烧孔是什么blabla……

Problem4

写出理想四能级系统工作物质的激光器中$\delta n$和$\phi$随时间变化的速率方程,说明方程中每一项的物理含义

泵浦项、受激辐射项、自发辐射项目

自发辐射项目、受激跃迁过程

*单纯的二能级系统不能稳态连续运转(自终止激光器),理想四能级系统产生一个光子消耗一个反转粒子

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Problem5

说明理想阶跃开关下,调Q激光器的调Q巨脉冲形成过程(需要画光路图、时序关系图和写出文字说明)
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One comment

  1. It's me

    说明钛宝石自锁模激光器锁模脉冲产生的的物理过程

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