北交大激光原理 第1章 Suggests for solving problems

1、第第 1 章章 绪论绪论一、一、学习要求与重点难点学习要求与重点难点学习要求学习要求1 掌握电偶极振子模型，理解模型的近似；2 掌握电偶极振子模型对介质自发辐射、吸收的解释，以及对介质谱线加宽机制和线型函数的解释；3 了解电偶极振子模型对介质色散的解释；4 了解介质谱线加宽机制，理解两种线型函数产生机制的差异；5 了解典型激光器中工作物质的加宽类型；6 掌握爱因斯坦唯象理论，理解谱线加宽对爱因斯坦跃迁系数的影响；7 了解光和物质相互作用的近代理论。重点重点1 电偶极振子模型，及其近似；2 介质自发辐射、吸收、谱线加宽机制和线型函数的经典理论；3 典型加宽机制和线型函数；4 爱因斯坦唯象理论，以

2、及谱线加宽对爱因斯坦跃迁系数的影响；难点难点1 电偶极振子模型的近似假设；2 电偶极振子模型对介质自发辐射、吸收的解释，以及线型函数的引入；3 综合加宽；4 谱线加宽对爱因斯坦跃迁系数的影响；二、知识点总结二、知识点总结1.经典理论经典理论 偶极振子相互作用相互作用：光电场与电物质：电偶极振子光：电磁波理论的内在逻辑：介质极化 电偶极振子模型 电偶极振子运动方程 均匀加宽线型函数：洛伦兹函数比谱线宽度：与寿命成反虚数部：选择性吸收实数部：反常色散复数物质散射吸收损耗光电场有外光电场解：射无外光电场解：自发辐非铁磁质极化强度 n2.线宽线宽 高宽同宽时非均匀加宽高斯函数均匀加宽洛伦兹函数线型函数

3、：归一相对宽度一样波数宽度波长宽度频率宽度线宽：描述：3dBor FWHM激光工作物质跃迁中心波长加宽类型线宽工作条件红宝石694.3nm均匀加宽300GHzT=300K高掺杂红宝石694.3nm非均匀加宽1GHzT 1330 帕P 10m 远红外500MHz 无线电波。2 某电台发射功率为 10 千瓦，频率为 1.6MHz，试求：每秒钟发射多少光子？若是向空间各向均匀发射，在相距 5km 处一直径 2 米圆天线每秒最多能接收到多少光子？解题思考：解题思考：关键概念：关键概念：光是电磁波，光子能量关键公式：关键公式：PNh解题关键点：解题关键点：各向均匀发射的电台发射球面电磁波解：解：每秒钟发

4、射多少光子数：PNh33034610 109.4 10 (/s)6.626 101.6 10个圆天线每秒最多能接收到光子数：224NNrR30222269.4 1019.4 10 (/s)4 510个3 为使氦氖激光器的相干长度达到 1km，它的单色性 / 应该是多少？解题思考：解题思考：关键概念：关键概念：相干长度，光波单色性关键公式：关键公式：，ccL解题关键点：解题关键点：1）常见氦氖激光器的输出激光波长一般取 630nm。2）谱线宽度的相对值以波长和频率的表示相同。解：解：因为 ccL所以单色性 9103ccc630 106.30 101 10LL4 有一支输出波长为 632.8nm，

5、线宽为 103Hz，输出功率为 1mW 的氦氖激光器，问：（1）每秒发出的光子数目是多少？（2）如果氦氖激光器输出光束的直径是 1 毫米。那么对于一个黑体来说，要求它在相等的时间内从相等的面积上向相同的频率间隔内发射出与相同数量的光子，所需温度应多高？5 按激光介质分类，有哪几类激光器，各有什么特征？解题思考：解题思考：关键概念：关键概念：激光介质，激光器分类解题关键点：解题关键点：1）激光介质通常按物象分类。2）激光器特征可从体积质量大小、坚固与否、激光输出强弱、光束质量好坏、能量利用效率如何等方面陈述。解：解：按激光介质分类，激光器可分为固体、气体、液体、半导体和光纤激光器等 5 类。固体

6、激光器通常具有体积小、结构坚固、输出激光强、能量利用率较高的特征，光束质量也较好。气体激光器通常具有光束质量好的特征，一般体积较大，能够输出激光强，但能量利用率较低。液体激光器通常具有光束质量好的特征，一般体积较大较复杂，能量利用率较低。半导体激光器通常具有体积小、结构坚固、输出激光强、能量利用率高的特征，输出光束质量也差。光纤激光器通常具有体积小、散热好、输出激光强、输出光束质量好、能量利用率高的特征。是目前高能激光器的一个发展方向。6 设一光子的波长=500nm，单色性，试求光子的位置不确定量。若7010 x光子波长变为 0.5nm（x 射线）和（射线） ，则相应的又是多少?讨论所nm1055x得的结果。解题思考：解题思考：关键概念：关键概念：光子动量，测不准原理关键公式：关键公式：，hpxph 解题关键点：解题关键点：由线宽求动量不确定量解：解：因为 hp2hp又因为xph 所以2x对于光波长 500nm：97500 105(m)10 x 对于光波长 0.5nm：970.5 105(mm)10 x 对于光波长：nm105514775 105 10 (m)10 x 讨论：讨论：显然，光波长越短其空间不确定度越小。射线在空间上已可以说有确切位置。Reference1、 激光原理 周炳昆 高以智等 2004 国防工业出版社2、