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4.15光泵浦的激光系统如下图所示，激光工作物质能级示于图(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
已知氖原子中最低的激发态与基态的能量差为16.9eV求在室温(T=300K)下该原子系统中处于最低激发态的原子数密度n2与基态原子数密度n1之比。并通过这一结果说明，在正常情况下，原子系统中各能级上粒子分布的规律。
下图(a)所示的环腔激光器中的激活介质为均匀加宽介质，跃迁中心波长λ0=600nm，跃迁几率A21=6×104s-1，自发辐射线型为图(b)所示的三角形，假设增益介质端面-空气间无损耗，上能级寿命为3.9μs，小信号反转粒子数密度△n0=5×1013cm-3。激光按逆时针方向振荡。求：
工作物质的能级系统如下图(b)所示。单位体积中自基态能级0→能级2的激励速率是R2，能级1的寿命极短，以至于该能级的粒子数密度n1≈0，能级2的寿命是τ2。今有一宽为T(T＞τ2)，光强为I，频率与能级2-能级1跃迁中心频率相应的矩形脉冲光照射该工作物质。观察者用光探测器检测其侧荧光并用示波器记录荧光波形。入射光脉冲及荧光波形图如图(a)所示，S0与S1分别为无光照及有光照时的侧荧光达到稳态时的光强。
一系统由两个自旋为1/2的非全同粒子组成，不考虑轨道运动，两粒子间的相互作用可写为
．设初始时刻(t=0)粒子1自旋朝上，S1z=
；粒子2自旋朝下，S2z=
．求t时刻以后 (1)粒子1自旋沿z轴向上的概率． (2)粒子1和2自旋均沿z轴向上概率． (3)总自旋为0和1的概率．
设两电子在弹性中心力场中运动，每个电子的势能是U(r)=
．如果电子之间的库仑能和U(r)相比可以忽略，当一个电子处于基态，另一电子处于沿x方向运动的第一激发态时，求两个电子组成体系的波函数．
求粒子能量和相应的本征态．如a=b，试讨论前5条能级简并情况．
