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习题与思索题1 设一对激光能级为E1和E2（g1=g2），两能级间跃迁频率为（对应波长为），能级上粒子数密度分别为n1和n2，试求1）当=3000MHz，T=300K时，n2/n1=？；2）当=1um，T=300K时，n2/n1=？；3）当=1um，n2/n1=0.2时，T=？/10/5 1/16/10/5 答：利用热平衡下波尔兹曼分布公式答：利用热平衡下波尔兹曼分布公式,将已知条件带入便可求解：将已知条件带入便可求解：其中其中h=6.62610-34J s，k=1.3810-23J/K。1）n2/n1=0.9998;2)n2/n1=1.42510-21；3)T=1.11710-4K。2/16习题与思索题2 0.5m时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T=300K时，什么波长下自发辐射率相等？/10/5 3/16/10/5 4/16习题与思索题3为使氦氖激光器(=632.8nm)相干长度到达1km，它单色性/是多少？（相干长度定义为L=c*t=c/）答：因为v=c/，所以有：=-c/2,也就是/=-/c，又因为相干长度定义=c/，带入上式有：/=/L，带入数据计算可得：/=632.8nm/1km=6.32810-10。/10/5 5/16习题与思索题4 比较二能级系统中自发辐射与受激辐射差异(画能级图)。/10/5 答答：自自发发辐辐射射是是处处于于高高能能级级态态E2原原子子自自发发跃跃迁迁到到低低能能级级态态E1，并并同同时时向向外外辐辐射射出出一一个个光光子子。受受激激辐辐射射是是处处于于高高能能级级态态E2原原子子在在外外界界光光作作用用下下跃跃迁迁到到E1，同同时时辐辐射射出出与与外外界界光光信信号同一状态光子。号同一状态光子。自自发发辐辐射射与与外外界界作作用用无无关关。各各原原子子辐辐射射都都是是独独立立地地进进行行。因因而而所所发发光光子子频频率率、初初相相、偏偏振振态态、传传输输方方向向等等都都不不一一样样。不不一一样样光光波波列列是是不不相相干干。其其相相干干性性、单单色色性性、方方向向性性都都很很差差。而而受受激激辐辐射射是是在在外外界界光光子子刺刺激激作作用用下下发发生生，而而且且受受激激辐辐射射出出光光子子，与与入入射射光光子子含含有有相相同同频频率率，相相同同初初相相，相相同同传传输输方方向向，相相同同偏偏振振态态等等。即即与与外外来来光光子子含含有有完完全全相相同同状状态。（能级图以下）态。（能级图以下）6/16/10/5 A 自发辐射B 受激辐射7/16习题与思索题5试利用玻尔兹曼分布公式以及普朗克公式推导爱因斯坦关系式。/10/5 8/16/10/5 9/16习题与思索题6 利用爱因斯坦关系式分析为何二能级系统不能产生激光？（dN2/dt=0）/10/5 10/16/10/5 11/16习题与思索题7 简述激光产生条件。/10/5 12/16/10/5 13/16/10/5 14/16习题与思索题8 以一个三能级原子系统为例，说明激光器基本组成和产生激光基本原理。/10/5 15/16/10/5 16/16
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