什么是粒子束反转分布?(光电子原理与应用)
子禾偁软妹
应该是”粒子数反转分布“吧?就是处于高能态的粒子数多于处于低能态的粒子数.粒子数反转是相对于热平衡分布而言的.当体系处于粒子数反转状态时,受激辐射光子数多于被吸收的光子数,因此对光子数具有放大作用.一个激光器要实现激光运转,粒子数反转是必要条件之一.正常的热平衡状态下粒子数分布满足玻耳兹曼分布律,是不可能出现粒子数反转分布的,一般要采用适当的激励,破坏热平衡状态,构造粒子数反转分布
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粒子数反转分布【精品PPT】
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《大学物理习题集》(下)习题解答()_图文
导读：单元十六非线性物理，单元十六非线性物理一、相空间、吸引子、倍周期分岔到混沌1、单摆的相轨迹方程：ml??(?mgcos?)?C，其中l为单摆的长度，m单摆的质量，?为2122摆振动的角速度，式中第一项代表系统的动能，第二项代表系统势能，常数C代表系统的机械能。2、如图所示为3条相轨迹，其中第一条表示单摆做往返周期运动；第三条表示单摆在铅垂直平面内绕悬挂轴沿同一方向旋转，旋转方法
单元十六 非线性物理
一、相空间、吸引子、倍周期分岔到混沌
1、 单摆的相轨迹方程：ml??(?mgcos?)?C，其中l为单摆的长度，m单摆的质量，?为
摆振动的角速度，式中第一项代表系统的动能，第二项代表系统势能，常数C代表系统的机械能。
2、 如图所示为3条相轨迹，其中第一条表示单摆做往返周
期运动；第三条表示单摆在铅垂直平面内绕悬挂轴沿同一方向旋转，旋转方法是逆时针方向。
3、 吸引子是相空间轨迹的终态集，那么阻尼振子终态是平
庸吸引子，Vander Pol方程表示的是平庸吸引子，研究大气对流方程的洛伦兹方程组是怪异吸引子。
4、 Feigenbaum数表示倍周期分岔间距的比例常数，即
??4.6692，且周期越大越准确。已知16周期分为32周期时：?16?32?3.
周期分为64周期时：?32?64?3.
。由Feigenbaum数估算：?64?128
?m??m?1?m?1??m
?32?64??16?32?64?128??32?64
?64?128?3.
?64?128?3.
5、 固有频率为?的谐振子，其振动动力学方程为：?
子的相轨迹方程：v??x?v0
6、 在阻尼振动的相图中，相轨迹是一种对数螺线，无论从哪里出发，最终都趋于一个不动点，该
点称为不动点吸引子，该不动点对应阻尼振动的运动状态是：x?0,v?0
7、 逻辑斯谛映射xi?1??xi(1?xi)的终态集与参数?有关。当1???3时，终态集是一个确定的
值；当3???3.449时，终态在两个值之间往返跳跃；当3.449???3.54时，终态有四个值……，如此不断增加，直至进入混沌状态。称??3,??3.449等数值是分岔点，这样走向混沌的方法叫倍周期分岔走向混沌。
，当t?0,x?0,v?v0。则谐振
二、激光基础与应用
一、简述题
1、 什么叫自发辐射和受激辐射？从辐射的机理来看普通光源和激光光源的发光有何不同？
? 自发辐射：被激发到高能级上的粒子是不稳定的，它们总会自发地向低能级跃迁，放出相
应能量的光子。
? 受激辐射：当某个处于高能级E
上的粒子，当受到v21的光子诱导时从高能级E2跃迁到低
能级E1，同时发出一个频率为v21?(E2?E1)/h的光子。
? 普通光源：粒子在不受外界影响下，完全自发从高能级自发跃迁到低能级，放出光子。它
的特点是每个粒子跃迁都是自发、独立、彼此之间无关联，发光是随机的。这样在发射方向、频率、位相和偏振均不一致，即非相干光。
? 激光光源：处于高能级E
以激光产生的光是相干光。
上的粒子在受到v21的光子诱导时，从高能级E2跃迁到低能级
E1，同时发出一个和诱导光子性质完全相同的光子，即同方向、同频率、同相位、同偏振。所
2、 什么叫粒子数反转分布？实现粒子数反转需要具备什么条件？
? 粒子数反转：处于高能级的粒子数大于处于低能级的粒子数；
? 粒子数反转条件：1）给粒子体系施加外部作用，使更多的粒子激发到高能级，即激励或泵
浦；2）粒子体系本身具有合适的能级结构。
3、 产生激光的必要条件是什么？
1）要有能实现粒子数反转的激活介质；2）要有满足阈值条件的谐振腔。
4、 激光谐振腔的激光的形成过程中起哪些作用？
? 一是提供光学反馈，二是起到激光振荡光束的方向和频率限制作用。
二、选择题
1、 按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射两种方式发光，它们各自产生的光的
特点是：【 B 】
(A) 前者是相干光，后者是非相干光；
(B) 前者是非相干光，后者是相干光； (C) 都是相干光；
(D) 都是非相干光。
2、 激光器中的光学谐振腔的作用是：【 C 】
(A) 可提高激光束的方向性，不能提高激光束的单色性；
(B) 可提高激光束的单色性，不能提高激光束的方向性； (C) 可同时提高激光束的方向性和单色性；
(D) 不能提高激光束的方向性，也不能提高其单色性。
三、填空题
1、 激光器的发光是受激辐射占优势，要满足此条件必须实现激光器的工作物质处于粒子数反转状
态，同时还要使光振荡满足阈值的条件。
2、 光和物质相互作用产生受激辐射，辐射光和照射光具有完全相同的特性，这些特性是指传播方
向、频率、相位和偏振。
3、 产生激光的必要条件是：要有能实现粒子数反转的激活介质和满足阈值条件的谐振腔。激光的
四个主要特性是单色性、方向性、相干性、亮度。
四、计算题
1、 已知Ne原子的某一激发态和基态的能量差E2?E1?16.7eV，试计算在T?300K时，热平
衡条件下，处于两能级上的原子数的比。
16.7?1.6?101.38?10
2、如果光在增益介质中通过1m后，光强增大至两倍，若介质的增益系数G可视为常数，试求G。
? 根据：I(z)?
1zlnI(z)I0
，lnI(z)?lnI0?Gz，G?
3、 He-Ne气体激光器所发出波长为632.8 nm的激光的谱线宽度???10
nm，试计算它的相干
，LCoherent?
(632.8nm)10
4、He-Ne气体激光器以TEM00（基模）模振荡，中心波长??632.8nm，若该谱线的谱线宽度为
1700MHz，激光器谐振腔的腔长为1m。求（1）激光器纵模频率间隔；（2）激光器中可能同时激起的纵模数；（3）若采用缩短腔长法获得单纵模振蒎，估计激光器谐振腔腔长的最大允许值。（He-Ne气体激活介质的折射率n=1）。
? 1) 激光器纵模频率间隔：?v
?1.5?101.7?101.5?10
2)辐射谱线宽度为?v，纵模数：N3)单纵模振荡满足：N
?1，即：?vk??v?
激光器谐振腔腔长的最大允许值： lmax?
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