调Q Nd:YAG激光器的脉冲输出光(能量E(0)=100mJ,脉宽τp=20ns),被一个直径为6.3mm的Nd:YAG无损放大器放大。放大器的小信号增益G0=100,假设:(a)光脉冲频率所对应的发射截面σ21=2.8×10-19cm2;(b)激光跃迁下能级的寿命τ1<<τp;(c)激光束光强在工作物质横截面上均匀分布。 (1)求放大器的输出能量及相应的能量增益; (2)求被注入光脉冲从放大器中提取的能量占放大器储能的百分比。
第1题
红宝石脉冲光放大器的小信号反转集居数密度△n0=0.8×1019cm-3,损耗系数α=0.02cm-1。尽量增强输入光脉冲能量及加大放大器长度,求该放大器单位面积所能输出的最大能量(红宝石中f1=f2)。
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第2题
脉冲掺钕钇铝石榴石激光器的两个反射镜透过率T1、T2分别为0和0.5。工作物质直径d=0.8cm,折射率η=1.836,总量子效率为1,荧光线宽△vF=1.95×1011Hz,自发辐射寿命τs2=2.3×10-4s。假设光泵吸收带的平均波长λP=0.8μm。试估算此激光器振荡于中心频率时所需吸收的阈值泵浦能量Ept。
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第3题
光泵浦的激光器结构如图4.3(a)所示,激光工作物质的有关参数如下:A20=5×107s-1;A21=1×108s-1;τ1=20ns;总粒子数密度n=n0+n1+n2=1014cm-3。泵浦波长351nm处的发射截面为10-14cm2,能级2→能级1的跃迁具有均匀加宽线型,中心波长为535nm,线宽△v=1GHz。忽略泵浦光传输到腔内时的损失,并假设此系统处于稳态,折射率η=1,各能级的统计权重如图4.3(b)所示。试计算:
(1)能级2→能级1中心波长的发射截面; (2)能级2→能级1的阈值增益系数; (3)该激光器振荡在λ21=535nm时的单位面积的阈值泵浦光强(单位:W/cm2)。
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第4题
激光谐振腔内的光波电场强度满足下列微分方程
方程中忽略了自发辐射。式中τR为光子寿命,Es为与饱和光强有关的场强,它和饱和光强的关系为Es2/2η0=Is=hv/σ21τ2(η0为自由空间波阻抗常数);若下能级的集居数密度可忽略不计,则g(t)=n2(t)σ21。E2能级的集居数密度速率方程为下列不完整的微分方程 [*194] (1)括号中应出现什么项(用题中所给场强参数表示)? (2)试用式(4.39)和式(4.38)所得结果来描述稳态激光光强和泵浦速率的关系? (3)推导阈值泵浦速率R2t的公式。 (4)假设泵浦速率为本题(3)中计算所得阈值泵浦速率的m倍,推导激光器连续工作时的输出光强公式(公式用m因子、饱和光强和输出反射镜的透射系数表示)。
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