某單模632.8nm氦氖激光器，腔長(zhǎng)10cm，而反射鏡的反射率分別為100%及98%，腔內(nèi)損耗可忽略不計(jì)，穩(wěn)態(tài)功率輸出是0.5mW，輸出光束直徑為0.5mm（粗略地將輸出光束看成橫向均勻分布的）。試求腔內(nèi)光子數(shù)，并假設(shè)反轉(zhuǎn)原子數(shù)在t₀時(shí)刻突然從0增加到閾值的1.1倍，試粗略估算腔內(nèi)光子數(shù)自1噪聲光子/腔模增至計(jì)算所得之穩(wěn)態(tài)腔內(nèi)光子數(shù)須經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間。

考慮氦氖激光器的632.8nm躍遷，其上能級(jí)3S₂的壽命τ₂≈2×10^-8s，下能級(jí)2P₄的壽命τ₁≈2×10^-8s，設(shè)管內(nèi)氣p=266Pa：
（1）計(jì)算T=300K時(shí)的多普勒線寬∆ν_D；
（2）計(jì)算均勻線寬∆ν_H及∆ν_D/∆ν_H；
（3）當(dāng)腔內(nèi)光強(qiáng)為①接近0；②10W/cm²時(shí)諧振腔需多長(zhǎng)才能使燒孔重疊。

如圖5.1所示環(huán)形激光器中順時(shí)針模式φ₊及逆時(shí)針模φ₋的頻率為ν_A，輸出光強(qiáng)為I₊及I₋
（1）如果環(huán)形激光器中充以單一氖同位素氣體Ne²⁰，其中心頻率為ν⁰¹，試畫(huà)出ν_A≠ν₀₁及ν_A=ν₀₁時(shí)的增益曲線及反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的軸向速度分布曲線。
（2）當(dāng)ν_A≠ν₀₁時(shí)激光器可輸出兩束穩(wěn)定的光，而當(dāng)ν_A=ν₀₁時(shí)出現(xiàn)一束光變強(qiáng)，另一束光熄滅的現(xiàn)象，試解釋其原因。
（3）環(huán)形激光器中充以適當(dāng)比例的Ne²⁰及Ne²²的混合氣體，當(dāng)ν_A=ν₀₁時(shí)，并無(wú)上述一束光變強(qiáng)，另一束光變?nèi)醯默F(xiàn)象，試說(shuō)明其原因（圖5.2為Ne²⁰、Ne²²及混合氣體增益曲線），ν₀₁、ν₀₂及ν₀分別為Ne²⁰、Ne²²及混合氣體增益曲線的中心頻率，。v₀₂-v₀₁≈890MHz
（4）為了使混合氣體的增益曲線對(duì)稱(chēng)，兩種氖同位素中哪一種應(yīng)多一些。
圖5.1：
圖5.2：