激光原理答案

激光原理作業(yè)第1頁(yè)－共13頁(yè)激光原理答案作業(yè)一1、布隆伯根(NicolaasBloembergen)是在哪一年提出了利用光泵浦三能級(jí)原子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的新構(gòu)想？請(qǐng)介紹一下他的簡(jiǎn)單情況。1958年，布隆伯根（NicolaasBloembergen）提出利用光泵浦三能級(jí)原子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的新構(gòu)思。布隆姆貝根是非線性光學(xué)理論的奠基人。他提出了一個(gè)能夠描述液體、半導(dǎo)體和金屬等物質(zhì)的許多非線性光學(xué)現(xiàn)象的一般理論框架。他和他的學(xué)派在以下三個(gè)方面為非線性光學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)：一、物質(zhì)對(duì)光波場(chǎng)的非線性響應(yīng)及其描述方法；二、光波之間以及光波與物質(zhì)激發(fā)之間相互作用的理論；三、光通過界面時(shí)的非線性反射和折射的理論。他把各種非線性光學(xué)效應(yīng)應(yīng)用于原子、分子和固體的光譜學(xué)研究，從而形成了激光光譜學(xué)的一個(gè)新領(lǐng)域——非線性光學(xué)光譜學(xué)。1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)激光光譜學(xué)與電子能譜學(xué)布隆姆貝根肖洛凱.西格班

1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半授予馬薩諸塞州坎伯利基哈福大學(xué)的布隆姆貝根（NicolaasBloembergen,1920--）和美國(guó)加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的肖洛（ArthurL.Schawlow,1921--）,以表彰他們?cè)诎l(fā)展激光光譜學(xué)所作的貢獻(xiàn)；另一半授予瑞典烏普沙拉（Uppsala）大學(xué)的凱.西格班（KaiM.Siegbahn,1918--）,以表彰他在高分辨率電子能譜學(xué)所作的貢獻(xiàn)。

布隆姆貝根的主要工作是在激光光譜學(xué)、非線性光學(xué)、核磁共振以及電子順磁共振等領(lǐng)域。他的科學(xué)成就式多方面的。特別是，他對(duì)激光光譜學(xué)的發(fā)展是從一條獨(dú)特的道路上做出的。2.簡(jiǎn)單介紹神光I、神光II、神光III？神光Ⅱ高功率激光裝置是由中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程物理研究院、國(guó)家高技術(shù)863和國(guó)家高技術(shù)863主題四方共同投資，由高功率激光物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)研制的、迄今國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的高功率激光聚變實(shí)驗(yàn)裝置，也是世界上為數(shù)不多的激光聚變實(shí)驗(yàn)裝置之一。神光Ⅱ裝置由激光器、激光自動(dòng)準(zhǔn)直、激光精密靶場(chǎng)、激光參數(shù)測(cè)量、儲(chǔ)能供電、精密裝校及環(huán)境保障等分系統(tǒng)組成。它是數(shù)百臺(tái)套激光單元和組件的集成，并在空間立體排布成8條激光放大鏈，每條激光放大鏈終端輸出口徑為φ240mm，8束激光輸出能量總和6kj/1ns，最高輸出功率1013W。就瞬時(shí)功率而言，比全國(guó)發(fā)電量的總和還要大許多倍。

神光Ⅱ裝置是我國(guó)目前慣性約束聚變、X光激光、材料高壓狀態(tài)方程等前沿領(lǐng)域進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的最大激光驅(qū)動(dòng)裝置。該裝置上進(jìn)行的物理實(shí)驗(yàn)已在近期取得階段性的重大成果，具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益?！吧窆舛?hào)”的問世標(biāo)志中國(guó)高功率激光科研和激光核聚變研究已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。目前，只有美國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)家能建造如此精密的巨型激光器?！吧窆舛?hào)”的總體技術(shù)性能已進(jìn)入世界前五位。2003年1月“‘神光二號(hào)’巨型激光器研制成功”被568名中國(guó)科學(xué)院院士和中國(guó)工程院院士投票評(píng)選為“2002年中國(guó)十大科技進(jìn)展”。3.簡(jiǎn)單介紹梅曼發(fā)明的世界第一臺(tái)紅寶石固態(tài)激光器1960年，美國(guó)人梅曼(T.H.Maiman)發(fā)明了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器。梅曼利用紅寶石晶體做發(fā)光材料，用發(fā)光度很高的脈沖氙燈做激發(fā)光源，獲得了人類有史以來的第一束激光。梅曼于1955年在斯坦福大學(xué)獲博士學(xué)位，研究的正是微波波譜學(xué)。在休斯實(shí)驗(yàn)室梅曼做微波激射器的研究工作，并發(fā)展了紅寶石微波激射器，不過需要液氮冷卻，后來改用干冰冷卻。梅曼能在紅寶石激光器首先作出突破，并非偶然，因?yàn)樗延杏眉t寶石進(jìn)行微波激射器的經(jīng)驗(yàn)多年，他預(yù)感到紅寶石作為激光器的可能性，這種材料具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，例如能級(jí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度比較高，體積小巧，無需低溫冷卻等等。但是，當(dāng)時(shí)他從文獻(xiàn)上知道，紅寶石的量子效率很低，如果真是這樣，那就沒有用場(chǎng)了。梅曼尋找其他材料，但都不理想，于是他想根據(jù)紅寶石的特性，尋找類似的材料來代替它。為此他測(cè)量了紅寶石的熒光效率，沒有想到，熒光效率竟是75%，接近于1。梅曼喜出望外，決定用紅寶石做激光元件。經(jīng)過9個(gè)月的奮斗，做出了第一臺(tái)激光器。作業(yè)二1、已知：He-Ne的譜線帶寬為1.5GHz，求：激光的相干長(zhǎng)度。解答：2.已知：可見光譜的波長(zhǎng)范圍：400-700[nm]；計(jì)算：a)可見光的頻率范圍；b)紫光與紅光光子的能量差；解答：解答：在可見光譜區(qū)，紫光的波長(zhǎng)最短，紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)。紫光的頻率為：紅光的頻率為：紫光光子的能量：紅光光子的能量：紫光光子能量與紅光光子能量差為：作業(yè)三1、愛因斯坦系數(shù)的相互關(guān)系？2.已知：氬離子激光器的熒光譜線寬為10GHz；單模帶寬為7.5MHz；求解：（1）氬氬離子激光器發(fā)射的熒光譜線的相干長(zhǎng)度（2）氬離子激光器單模運(yùn)行時(shí)的相干長(zhǎng)度1、2、作業(yè)四1、He-Ne激光器諧振腔長(zhǎng)50cm，激射波長(zhǎng)632.8nm，熒光光譜線寬為：求：縱模頻率間隔，諧振腔內(nèi)的縱模序數(shù)及形成激光振蕩的縱模數(shù)；解:2.已知：He-Ne激光器諧振腔長(zhǎng)50cm，若模式m的波長(zhǎng)為632.8[nm]；計(jì)算：縱模m+1的波長(zhǎng)；縱模的頻率間隔為：縱模的頻率間隔為：解：由：由：m=0.6328000*10-6[m]可以得到：由：則有：則有：故：lm=632.8000[nm],

lm+1=632.7996[nm]相鄰縱模的波長(zhǎng)差：lm-lm+1=4*10-13[m]作業(yè)五1、已知：激光器諧振腔長(zhǎng)1[m]，由一個(gè)半徑為1.5[m]的凹透鏡和半徑為10[cm]的凸透鏡組成；試判斷該諧振腔的穩(wěn)定性；由符號(hào)規(guī)則，凸透鏡的半徑應(yīng)為負(fù)值（P79），即R2=-0.1[m]，R1=1.5[m]諧振腔的幾何參數(shù)為：g1=1-L/R1=1+1/1.5=0.33g2=1-L/R2=1+1/0.1=11由穩(wěn)定性判斷規(guī)則：g1*g2=0.33*11<0因此該諧振腔為非穩(wěn)定諧振腔2、He-Ne激光器的中心頻率是，熒光線寬是，今腔長(zhǎng)，問它可能輸出的縱模數(shù)為多少？為獲得單縱模輸出，腔長(zhǎng)最長(zhǎng)為多長(zhǎng)？作業(yè)六一激光器采用球面鏡，兩個(gè)反射鏡的曲率半徑分別為，諧振腔長(zhǎng)為，波長(zhǎng)為。求：證明諧振腔為穩(wěn)定腔，并確定它的等價(jià)共焦腔；該諧振腔產(chǎn)生的基模高斯光束的束腰半徑與腰位置；該諧振腔產(chǎn)生的基模高斯光束在球面腔兩鏡面上的光斑半徑。該穩(wěn)定諧振腔唯一地等價(jià)于某一共焦腔：以共焦腔的光軸中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，則球面腔的兩面反射鏡位于，作業(yè)七1試計(jì)算：光腰的大小及位置；兩個(gè)反射鏡上光斑半徑；畫出等效共焦腔的位置。解，已知：諧振腔的幾何參數(shù)(3)畫出等效共焦腔的位置。2.考慮一用于氬離子激光器的穩(wěn)定球面腔，波長(zhǎng)腔長(zhǎng)，腔鏡曲率半徑為。試計(jì)算：該球面鏡的束腰半徑和位置；兩面鏡上的光斑尺寸；畫出等效共焦腔的位置。解作業(yè)八1.已知：He-Ne激光器的出射激光器束腰直徑為1.2mm,發(fā)散角為1mrad；現(xiàn)利用開普勒望遠(yuǎn)鏡原理對(duì)該光束進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直，兩透鏡焦距分別為1cm,和6cm.設(shè)激光器的出射激光束腰斑位于副鏡鏡面上求：準(zhǔn)直后的激光直徑與發(fā)散角；2.一高斯光束的光腰半徑w0＝2cm，波長(zhǎng)，從距離透鏡為d的地方垂直入射到焦距f＝4cm的透鏡上。求（1）d＝0，（2）d＝1m時(shí)，出射光束的光腰位置和光束發(fā)散角。作業(yè)九1.如何解釋蘭姆凹陷？答：利用以上二圖定性解釋蘭姆凹陷的成因。當(dāng)時(shí)，，輸出功率P＝02.描述均勻加寬激光介質(zhì)的模式競(jìng)爭(zhēng)。3.一臺(tái)連續(xù)Nd：YAG激光器，激光波長(zhǎng)為1.06um，已知諧振腔腔長(zhǎng)為20cm，YAG棒長(zhǎng)為10cm，泵浦平均波長(zhǎng)750nm，激光上能級(jí)自發(fā)輻射平均壽命為0.23*10-3s，系統(tǒng)的總量子效率，熒光線寬為6cm-1，光泵浦的總效率為1％，激光器達(dá)到單程損耗為0.08，介質(zhì)折射率為1.82。計(jì)算該激光器的閾值集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)和閾值泵浦功率密度。解：激光器的閾值集居數(shù)密度反轉(zhuǎn)為式中受激發(fā)射截面經(jīng)查表可知（P288）：介質(zhì)中的閾值泵浦功率密度：估算CO2激光器波長(zhǎng)為10.6um的激光躍遷在400k下的多普勒線寬，討論在什么氣壓范圍內(nèi)該躍遷譜線從非均勻加寬過渡到均勻加寬為主（取壓力加寬系數(shù)平均值為6.