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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)。
激光在两镜M间反射而以i角入射到B上时,平行于入射面的振动完全透过,而垂直振动成分陆续被反射掉这样,平行于入射面的光振动就在腔内振荡形成激光,输出的就是线偏振光若本题中B用锗(n=4.5)制成,λ为10.6μm的红外激光，试求布儒斯特窗与腔轴线的夹角a.
光泵浦的激光系统如图4．9所示，激光工作物质能级示于图4．9(a)，在热平衡状态下，能级1，能级2上的粒子数可忽略不计。将泵浦光波长调到能级0→能级2跃迁中心频率，从一侧入射到工作物质上，将能级0的粒子抽运到能级2。能级2的粒子数通过自发发射和无辐射跃迁回到能级0，其跃迁几率分别为A20=106s-1，S20=5×106s-1；能级2和能级1之间存在自发发射和受激发射，其自发发射爱因斯坦系数A21为105s-1，能级1的寿命τ1=10-7s。为了简化，假定n2，n1＜＜n0，基态粒子数密度视为常数，n0=1017cm-3。该激光工作物质为均匀加宽介质，能级2→能级0及能级2→能级1跃迁谱线具有洛伦兹线型，其线宽△vH=10GHz，激光器处于稳态工作。其他参数如图4．9(b)中所示。求：
(1)中心泵浦波长的吸收截面σp； (2)能级2→能级1的中心频率发射截面σ21； (3)能级2寿命； (4)泵浦光很弱并忽略受激发射时的n2／n1比值； (5)阈值增益和中心频率阈值反转粒子数密度； (6)写出用σp，Ip，σ21和I表示的能级2和能级1的速率方程，求阈值泵浦光强(其中Ip和I分别为泵浦光强和腔内激光光强)； (7)如果泵浦光强是阈值的10倍，能级2→能级1跃迁以受激发射为主，估算该激光器的输出光强。
