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一个均匀加宽工作物质具有由E1、E2、E3组成的三能级系统,三个能级的统计权重相等。E1为基态,E3及E2能级的寿命分别为τ3及τ2,E3→E2能级的弛豫速率为1/τ32,中心频率发射截面为σ32。泵浦光频率与E1、E2间跃迁相应,它引起的受激辐射几率W12=W21=Wp。泵浦光将粒子由基态激发到E2能级,使E2和E3能级上粒子数密度之差△n23=n2—n3增加,从而形成一个光泵吸收体(由于热平衡下,各能级的粒子数呈玻耳兹曼分布,无泵浦时n2也大于n3,但由于E2一E1>>kbT,E3一E1>>kbT,故无泵浦时△n23≈0,因此对频率与E3一E2跃迁相对应的光无明显的吸收作用)。若有频率恰为E3一E2跃迁谱线中心频率v0的光入射,试求: (1)△n23与Wp及入射光强I的关系式; (2)对该入射光的吸收系数β。
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参考解答
正确答案:
由稳态速率方程dn3/dt=(n2一n3)σ32I/hv0—n3/τ3=0,dn2/dt=(n1一n2)Wp+n3(σ32I/hv0+1/τ32)一n2(1/τ2+σ32I/hv0)=0及n1+n2+n3=n,求得n2、n3的表示式n2=n3(1+hv0/σ32τ3I)=n3(1+Is/I)和n3=nWD[(3+2Is/I)Wp一1/τ32+(1+Is/I)/τ2+1/τ3-1,其中,Is=hv0/σ32τ3,由此求出△n23(即n2一n3)与Wp及入射光强I的关系式和对该入射光的吸收系数β。
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