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一激光系统的有关参数如下图4．12(b)所示，能级2→能级1的自发发射爱因斯坦系数为5×104s-1，自发发射谱线线型近似为三角形，如图4．12(a)所示。若以泵浦速率R2将粒子激励到能级2后，粒子向下跃迁到能级1，能级1及能级2的寿命均为10μs。假设系统处于稳态，激活介质的折射率为1．76，统计权重f2=1，f1=2。
(1)求能级2→能级1跃迁中心频率的发射截面； (2)根据图4．13所示激光器参数，计算阈值泵浦速率； (3)从速率方程出发，推导大信号情况下的能级2一能级1反转粒子数密度和中心频率处增益系数表达式(表达式用泵浦速率、能级寿命、能级统计权重和发射截面来表示)。
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一激光系统的有关参数如下图(b)所示，能级2→能级1的自发发射爱因斯坦系数为5×104s-1，自发发射谱线线型近似为三角形，如图(a)所示。若以泵浦速率R2将粒子激励到能级2后，粒子向下跃迁到能级1，能级1及能级2的寿命均为10μs。假设系统处于稳态，激活介质的折射率为1.76，统计权重f2=1，f1=2。
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
一阶系统结构图如下图所示。要求系统闭环增益KΦ=2，调节时间ts≤0.4s，试确定参数K1与K2的值。
Q/GDW11891-2018《同步发电机励磁系统控制参数整定计算导则》，励磁系统主控制坏串联PID模型图如下图所示，该励磁系统的动态增益为()。
A.KXKa;
B.KXKaXTi/T2;
C.KXKAXT1/T2XT3/T4;
D.KXKA/TA。
Q/GDW11891-2018《同步发电机励磁系统控制参数整定计算导则》，励磁系统主控制环串联PID模型图如下图所示，该励磁系统的暂态增益为()。
A.KXKa;
B.KXKaXTi/T2;
C.KXKAXT1/T2XT3/T4;
D.KXKa/Ta。
一、二阶系统的电子模拟及阶跃响应的动态分析
一、实验目的
1．学习典型环节的电子模拟方法及在电子模拟器上建立数学模型的方法。
2．学习时域响应的测试方法，树立时域的概念。
3．明确一、二阶系统的阶跃响应及其性能域结构参数的关系。
二、实验内容
1．建立一阶系统的电子模型，观察并测量不同时间常数T的阶跃响应及性能指标调节时间ts。
2．建立二阶系统的电子模型，观察并测量不同阻尼比ξ时的阶跃响应及性能指标调节时间ts超调量δ%。
三、实验的原理与方法
1．一阶系统
微分方程(Ts+1)Uc-Ur
传递函数
其模拟运算电路如下图所示。
由图所示
取R1=R2
则K=1，Ts=R2C
选取不同的电阻值，使T分别为0.1s、0.2s、0.5s、1s时，观测并记录阶跃响应，计算调节时间ts。
2．二阶系统
传递函数
当ωn=1(rad/s)时，系统的动态结构如下图(b)所示。
根据动态结构图画出模拟运算电路下图。
若取R2C2=1，R3C3=1
则
为观测不同阻尼比对二阶系统的影响，可以选配不同的电阻电容值使阻尼比ξ分别为0.1、0.5、0.7、1。
观察并记录响应曲线、测量H向应性能指标调节时问ts、超调量σ%。
四、实验设备及元器件
电子模拟器一台
超低频双线长余辉示波器一台
双线笔录仪一台(非必备设备)
直流稳压电源一台
三用表一台
元器件 电容 1μF 2.2μF 4.7μF 6.8μF 10μF
可变电阻 100kΩ 470kΩ
接插件导线接线柱鱼形夹等
均匀加宽气体激光工作物质的能级图如下图所示，其中能级0为基态。单位体积基态分子至上能级3的泵浦速率为R3，如果τ3/τ1合适，则可获得能级3→能级1跃迁的增益。然而基态分子也可被激励到能级2(单位体积的泵浦速率为R2)，如有与λ21相应的谐振腔，能级2→能级1跃迁可形成激光，它将使能级1的分子数密度增加，并使波长λ31的增益下降。假设系统处于稳态，各能级的统计权重均为1，能级2→能级1的自发辐射可忽略不计，1/τ3=1/τ30+1/τ31。
Q/GDW11891-2018《同步发电机励磁系统控制参数整定计算导则》，励磁系统主控制坏串联PID模型图如下图所示，静止励磁系统空载阶跃响应特性满足要求的情况下，可不采用串联PID控制的微分坏节，即()。
A.T1=T3;
B.T2=T4;
C.T3=T2;
D.T3=T4。
光泵浦的激光器结构如图4．3(a)所示，激光工作物质的有关参数如下：A20=5×107s-1；A21=1×108s-1；τ1=20ns；总粒子数密度n=n0+n1+n2=1014cm-3。泵浦波长351nm处的发射截面为10-14cm2，能级2→能级1的跃迁具有均匀加宽线型，中心波长为535nm，线宽△v=1GHz。忽略泵浦光传输到腔内时的损失，并假设此系统处于稳态，折射率η=1，各能级的统计权重如图4．3(b)所示。试计算：
(1)能级2→能级1中心波长的发射截面； (2)能级2→能级1的阈值增益系数； (3)该激光器振荡在λ21=535nm时的单位面积的阈值泵浦光强(单位：W／cm2)。
