Методика решения задач оптики - Ильичева Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Рубиновый лазер работает по трехуровневой схеме, причем метастабильным
уровнем, с которого совершается, переход при лазерном излучении, является
средний уровень. Изобразить схему работы рубинового лазера с указанием
энергетических' соотношений.
Решение. Накачка лазера происходит фотонами с энергией
Под влиянием накачки атомы переходят на возбужденный уровень с очень
малым временем жизни, из которого они практически
мин-см2'
кал
2-й тип задач (3.2)
e, = hu>, = h~*=2,25 эВ (Л= 1,05-10-" Дне-с),
До
а фотоны лазерного излучения имеют энергию
в, = ftp-1,79 эВ.
Возбужденное состояние е коротки м Временем жизни
ВысбечиВание
Основное состояние
Лазерные
фотоны
Рис. 72
224
мгновенно переходят на метастабильный уровень с излучением фотонов с
энергией е, = е" - е, = 0,46 зВ.
Время жизни метастабильного состояния равно примерно
5 -10-4 с. Переход из метастабильного состояния в основное поставляет
лазерные фотоны (рис. 72).
4. Контрольные вопросы
4.1. Опишите общий характер изменения формы спектра излучения абсолютно
черного тела при изменении температуры.
4.2. Простейшей моделью абсолютно черного тела является полость с
небольшим отверстием, соединяющим ее с внешним чространством. По каким
причинам эта модель не зависит от материала, из которого сделана полость,
или, другими словами, какие свойства материалов обеспечивают такую
независимость.
4.3. Какие соображения указывают на то, что индуцирован-' ное излучение
имеет ту же поляризацию, то же направление распространения и ту же фазу,
что и вынуждающее излучение?
4.4. Существовало'ли бы ослабление пучка света, проходящего через
вещество, если бы отсутствовало спонтанное излучение, а свойства
индуцированного излучения оставались без изменения? Как выглядело бы при
этом прохождение света через вещество?
4.5. Будем считать известным, что наблюдается спектр излучения именно
абсолютно черного тела. Измерения спектра можно делать на отдельных
частотах. Какое минимальное число измерений необходимо сделать, чтобы
найти температуру тела?
4.6. Что такое метастабильное состояние атомов? Какой порядок времен
жизни атомов в метастабильных состояниях?
4.7. Почему в рубиновых лазерах переход с верхних уровней на более
нижний метастабильный уровень не приводит к возникновению лазерного
излучения?
4.8. Линии излучения лазеров могут быть сделаны очень узкими. За счет
каких факторов?
4.9. В каком соотношении находится монохроматичность импульса излучения
лазера с продолжительностью импульса?
4.10. Принцип лазерного гироскопа известен давно под названием эффекта
Саньяка, Какие особенности лазерного излучения сделали возможным
осуществление лазерного гироскопа?
4.11. Единица длины - метр - в системе СИ определена как некоторое число
длин волн заданного излучения. Каким образом можно осуществить отсчет
нужного числа длин волн (свыше 1,5 млн.), чтобы построить масштаб в один
метр?
4.12. По каким параметрам производится усреднение при вычислении
корреляционной функции?
4.13. Допустим, что по некоторым причинам увеличились потери в резонаторе
лазера. Что при этом произойдет с порогом генерации? Объясните
качественно, без использования формул, а исходя из физического смысла
порога генерации, его зависимость
225
от различных факторов работы лазера, в частности, как он зависит от
ширины линии лазерного перехода.
4.14. Имеется ли связь между скоростью модуляции добротности и
продолжительностью импульса излучения лазера?
4.15. Почему многомодовый режим работы лазера не позволяет получить
большие времена когерентности?
4.16. Какое свойство излучения лазера приводит к возникновению
"зернистости" лазерного луча, диффузно отраженного от твердой
поверхности?
4.17. Какое свойство поверхности жидкости приводит к тому, что при
диффузном отражении от нее не возникает "зернистости" лазерного луча?
5. Задачи для самостоятельного решения
5.1. Мощность излучения абсолютно черного тела, имеющего поверхность 1
м2, равна 100 кВт. Найти температуру этого тела.
Ответ. 7=1300 К.
5.2. Какова мощность излучения абсолютно черного тела площадью 1 м2,
если максимальная плотность излучения приходится на длину волны 0,6-10-6
м.
Ответ. 3,1-107 Дж.
5.3. Мощность излучения абсолютно черного тела равна 108 кВт, а
максимальная плотность излучения приходится на волну 0,6-10-6 м. Найти
площадь тела.
Ответ. 0,078 м2.
5.4. Раскаленная до 2600 К поверхность излучает 800 Вт с квадратного
сантиметра. Найти отношение энергетической светимости этой поверхности к
поверхности абсолютно черного тела.
Ответ. /(=0,5.
5.5. При нагревании абсолютно черного тела максимум интенсивности его
излучения сместился с длины волны 0,6-10~6 м на
0,5-10-6 м. Как увеличилась мощность излучения тела?
Ответ. В 2,08 раза.
5.6. Поток мощности в импульсе излучения лазера равен (Р) = 2,5- 10й
Вт/см2. Найти электрическое поле Е в импульсе.
Ответ. 3-109 В/м.
5.7. Известно, что в твердотельных лазерах время релаксации энергии
