激光原理及应用（第4版）
本书为普通高等教育"十一五”国家级规划教材。 本书从内容上分为两部分。第1～5章介绍 激光的基本理论，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念，以及激光输出特性与 激光器的 参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的；第6～10章介绍激光在计量、加工、医学、信息技术，以及现代科技前沿问题中的应用，重点介绍各种应用的思路和方法。 [rReBgV H}g p`YW:4  C(2kx4 n Xx ou1l! 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 Dfy=$:Q RhkTN'vO 1.1光的波粒二象性 "&@{f:+ z+<ofZ(. 1.1.1光波 'CCAuN>J B{ >x 1.1.2光子 [R<>3}50Y > O ~ 1.2原子的能级和辐射跃迁 bmO(tQS$5 qD,/Qu62 1.2.1原子能级和简并度 X}`39r. e//jd&G 1.2.2原子状态的标记 :}-izd)/j X~Hm.qIR 1.2.3玻尔兹曼分布 >S]"-0tGD= +HlZ ?1g 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 )C0d*T 0i |mT1\O2a 1.3光的受激辐射
7MQxW<0 XC4wm#R 1.3.1黑体热辐射 w|61dB Cm9#FA 1.3.2光和物质的作用 _}tPtHPa/ :-o MkBS 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 hP$5>G(3 }H|'W[Q. 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 Ugme>60`'k C]Q}HI#G 1.4光谱线增宽 Ey{ p;; H
pRA%07?W 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 M,<UnAVP- M9?f`9 1.4.2自然增宽 Tt4Q|"CJA -FW^fGS+ 1.4.3碰撞增宽 eu'~(_2 8y;gs1d;A 1.4.4多普勒增宽 HQMug S_38U 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 p!K^Q3kO nX8ulGG s 1.4.6综合增宽 >96+s)T%; ua,!kyS 1.5激光形成的条件 PW\me7iCz 3Pvz5 7z{ 1.5.1介质中光的受激辐射放大 M5 ^qc cUn>gT 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 HhwAzk/G~ 1'|gxYT 思考练习题1 B qLL]%F gH*( 1* 第2章激光器的工作原理 XW~ a4If Y7;=\/SV 2.1光学谐振腔结构与稳定性 Hz%<V *\{ Pk=0pHH8q 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 /4|_A {m{m ZO>)GR2S 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 < r
m)c. $i1:--~2\ 2.1.3稳定图的应用 stiYC#b I: $LiBJ~vV< 2.2速率方程组与粒子数反转 M>xT\ <k {_YRB 2.2.1三能级系统和四能级系统 `26.+>Z7 i*@ZIw 2.2.2速率方程组 Lcf?VV}
V Ds0+RC 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 {a15s6'd Y*IKPnPot2 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 n3j_= ( (LJ7xoJ^ 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 ?Ezy0>j +O^} t 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 Gte\=0Wr I hv@2{*(b 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 |9X2AS Qu
>XX 93 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 Q$sC%P(y ^# 4e_&4 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 'p@m`)Z
,<Wt8'e 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 R7O<>kt .1z=VLKF' 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 D1@yW}
4 &3 Ki 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 #Nad1C/ ] <$d2m6 J 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 {?"X\5n0 /1$u|Gs
* 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 J%T=FU B zV97' 2.5激光器的损耗与阈值条件 I
zV c fRq+pUx U 2.5.1激光器的损耗 S!b?pl ,_s.amL3O{ 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 %~kE,^ _!Pi+l4p/} 2.5.3阈值条件 J8ScKMUN2 k'+y 2.5.4对介质能级选取的讨论
$&1D l /Ak\Q5O'3 思考练习题2 g^7zDU&' qq3/K9 #y 第3章激光器的输出特性 ?M6)O?[ )1gT&sU 0 3.1光学谐振腔的衍射理论 ] SLeWs y u &mu CA 3.1.1数学预备知识 s^4wn:*$zd d|)ARRW 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 X*w;6 V ] w0Y5H " 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 BPm" )DMo J<4 _<.o(a 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 mN . qk>SM| { 3.2对称共焦腔内外的光场分布 U<>@)0~7g! R3.w")6 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 "5'eiYm s :UAcS^n7h" 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 a>9_#_hI {u9n?Z% 3.3高斯光束的传播特性 BE],PCpPr 9I$} =&" 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 N l/
fvJ`4 D>o u, 3.3.2高斯光束的相位分布 `T{CB) ?9 %M/L/_d 3.3.3高斯光束的远场发散角 V~Z )^.6 @ &rf?: 3.3.4高斯光束的高亮度 j]` hy" Gpcordt/ 3.4稳定球面腔的光束传播特性 qn{4AWmJ 9j5|o([J 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 %_CL/H
qFLt/
> 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 nh80"Ny5 e'c3.sQ|? 3.5其他几种常用的激光光束 Aq7`A^1t$ gg 8)oc+w 3.5.1厄米-高斯光束 =<)/lz] H mG\9Qkom| 3.5.2拉盖尔-高斯光束 ;]=@;? 9 W$&*i1<a+ 3.5.3贝塞尔光束 R>1oF]w [+#k+*1 *o 3.6激光器的输出功率 ?iEn~9WCS &5sPw^{,H 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 Z#[%JUYp' G`&P|x Yg 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 6#Y]^%?uy 0;, Y_61
3.7激光器的线宽极限 E[=&6T4 6 b?K-)kL 3.8激光光束质量的品质因子M2 &gJ @"`r4 :_2:Fh.}3~ 3.9模式激光的某些一阶统计性质 Zy{hYHQ s SD&'K=lq 3.9.1单模激光的一阶统计性质 o8IqO ' =knLkbiq7, 3.9.2多模激光的一阶统计性质 K`ygW|?gt 4ji' 6JHPg 思考练习题3 2`ERrh^i " !=yO72dgLY 第4章激光的基本技术 2chT^3e NwQ$gDgu t 4.1激光器输出的选模 7lJ8<EP9
u 1rU\ !GfR 4.1.1激光单纵模的选取 I$ )9T^Ra Qy=tkCN 4.1.2激光单横模的选取 m7 XN6zX YnDaB px 4.2激光器的稳频 ;j(*:Nt1 ;A*s ub 4.2.1影响频率稳定的因素 W~i0.rg|> f(K1 ,L:&7 4.2.2稳频方法概述 Z/v )^VR k<f0moxs' 4.2.3兰姆凹陷法稳频 sk0/3X*Q% gh"_,ZhZt 4.2.4饱和吸收法稳频 zJ ;]z0O % ?qzP ' 4.3激光束的变换
2)n%rvCQ %$Q!'+YW 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换
=&qfmq Bxj4rC[ 4.3.2高斯光束的聚焦
YYk gm:[ 5"q{b1 4.3.3高斯光束的准直 _n4`mL8>kH !ue h%V Ky 4.3.4激光的扩束 M$f_I + |BGzdBm^x: 4.4激光调制技术 c] z^(:_> tEibx E 4.4.1激光调制的基本概念 *|0W3uy\Y K+yi_n L 4.4.2电光强度调制 [ei5QSL | %VXI iu[ 4.4.3电光相位调制 F[ .IF5_ JKCV >k 4.5激光偏转技术 O U mZ | i@<w"yNd_ 4.5.1机械偏转 6Hd^qouid 8-K4*(-dL 4.5.2电光偏转 +,D82V7S U[#q"'P|l 4.5.3声光偏转 aIWpgUd` l?;ReK.r 4.6激光调Q技术 xelh!AtE nXxnyom, 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q U2JxzHXZ _tO2PI L@Z 4.6.2调Q原理 n4ti{-^4|d W}wd?WIps 4.6.3电光调Q qEkhgJqk %u]>K(tU 4.6.4声光调Q FOcDBCr Oe >v%UV:7ap 4.6.5染料调Q EVbDI yFn o%Qn%gaX 4.7激光锁模技术 kaC n@$ +.hJ[|F1& 4.7.1锁模原理 D[Ld=e8t `R$bx 64 4.7.2主动锁模 wp-3U}P2 ( 6(HJYa 4.7.3被动锁模 RWn#" ~ jqoU;u` 思考练习题4 9A Q2FD / pR,l5 第5章典型激光器介绍 9x9E+DG#( u QW d1> 5.1固体激光器 H32 9P*P a\I`:RO=<Z 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 .fY$$aD$4 j7HOh|q 5.1.2固体激光器的泵浦系统 +T7FG_ 0 61 f 5.1.3固体激光器的输出特性 K%vGfQ8Er- ]O+Nl5 * 5.1.4新型固体激光器 /bqJ6$ h^b = 5.2气体激光器 s ZU
Ao& ;{cl*EN 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 #kQLHi3## QOF'SEq"k 5.2.2二氧化碳激光器 V H.}}R S% ve=
nh]N 5.2.3Ar＋离子激光器 W{;LI
WsZ m^,3jssdA 5.3染料激光器 qk(u5Z s-xby~ 5.3.1染料激光器的激发机理 . J*2J(T, ~ 9+\ 5.3.2染料激光器的泵浦 'MIM_m)H R
)e^H 5.3.3染料激光器的调谐 2VS#=i(B^ (fWQ?6[ 5.4半导体激光器 q]t^6m&- .w]S !=h 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 J7r fHhz -3:x(^|:K 5.4.2PN结和粒子数反转 S8Y h>j8- iD9hqiX& 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 WR"p2= [p_C?hHO 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 "mkTCR^] e pG:)u
cj 5.5其他激光器 FK B)o7
$(%t^8{a~G 5.5.1准分子激光器 doaqHri\, @;z}Hk0A 5.5.2自由电子激光器 _Msa ub!N ktKT=(F& 5.5.3化学激光器 mCx6$jz m,]M_y\u 思考练习题5 ub]
w"N I^6zUVH 第6章激光在精密测量中的应用 o,RLaS,BK' %@FT g$ 6.1激光干涉测长 JEes'H}Y o Mi"X"C:q 6.1.1干涉测长的基本原理 89 )rss C zvi': 6.1.2激光干涉测长系统的组成 " GofQ5,| 2xd G&}$fa 6.1.3激光外差干涉测长技术 #yVY! +A 4<& `\<jZ 6.1.4激光干涉测长应用举例 [e'Ts#($A )/9/p17:xu 6.2激光衍射测量 A3N<;OOk b
fsTe W+ 6.2.1激光衍射测量原理 ~dK)U*Q QY<2i-A 6.2.2激光衍射测量的方法 R{hKl#j;> l8hOr yB& 6.2.3激光衍射测量的应用 O(PG"c 9YpD\H` 6.3激光测距 #SRGVa`x ( Qw "^lE3 6.3.1激光脉冲测距 I%whM~M1+ RW|3d<Fj 6.3.2激光相位测距 u# Qd `@p ?c^0%O p 6.4激光准直及多自由度测量 9_F2nmEv j xr~cp?4 6.4.1激光准直仪 LQs2!]?HT X &6p_Lo 6.4.2激光衍射准直仪 _S# uxgL< Hay`lA2@ 6.4.3激光多自由度测量 nrMm](Y45 Kuy,qZv!" 6.5激光多普勒测速 snV,rZ F"3 PP ~ 6.5.1运动微粒散射光的频率 8hi|F\$_h g#1_`gK 6.5.2差频法测速 Llk4 = p ]-&
ehW 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 Qe=!'u.nL &/4W1=>( 6.6环形激光测量角度和角加速度 CC>] Gc7 b$+.}&M 6.6.1环形激光精密测角 40oRO0p ajW[}/) 6.6.2光纤陀螺 tm(.a ?p .Kr?vD^nG 6.7激光环境计量 A_ }F -1~bWRYq 6.8激光散射板干涉仪 $ z]gy]F |?SK.1pW 思考练习题6 [MYd15 `6b!W0$
- 第7章激光加工技术 <DCrYt!1}c ~ &=-* 7.1激光热加工原理 jx&pRjP
e;56 }w 7.2激光表面改性技术 {b[ 8x
YsXP$y]g- 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 VC\43A,9 RiF ~-;v& 7.2.2激光表面熔凝技术 <1Vz QH!o %< JjftNQ 7.2.3激光熔覆技术 ,YJ\
$? >z1RCQWju 7.3激光去除材料技术 ig] * Z PBb@J'b 7.3.1激光打孔 ;OQ{ 9. Q;J#;1 7.3.2激光切割 -4o6 OkK< a5:Q%F<! 7.4激光焊接 *? 7Ie;) Sb+pB58&N 7.4.1激光热导焊 ~oh=QakW JNRG [j 7.4.2激光深熔焊 WaQCq0Enj b2.
xJ4 7.4.3激光复合焊 `9Zoq=/ 8l0%:6XbI 7.5激光快速成型技术 ,2/qQD n/ i=@.u=: 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 &96I4su &Jv j@,>$d 7.5.2激光快速成型技术 $ckX H,l_ "d>{hP 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 8*I43Jtlf, gX5I`mm 7.6其他激光加工技术 a; D{P`%n R4u=. 7.6.1激光清洗技术 wj9CL1Gx pj G6v(zK 7.6.2激光弯曲 33DP0OBL^ *r$Yv&c, 思考练习题7 }9
N, +* Z!60n{T79c 第8章激光在医学中的应用 (EGsw o y!;rY1 8.1激光与生物体的相互作用 R_:47.qq N&U=5c`Q' 8.1.1生物体的 光学特性
mHB*4 L tzJdUZJ 8.1.2激光对生物体的作用 \B8tGog ilEWx r;, 8.1.3激光对生物体应用的优点 bv$_t)Xh ByoSwQ 8.2激光在临床治疗中的应用 fDhV
*LqW ifl`QZp_ 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 EFu2& P :t-a;Q; 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 3t5`,R1@t l9"0Wu@_x 8.2.3激光在眼科中的应用 [URo# 'Ar+k\. J 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 l7]:b8 :jB~rhZ~ 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 ?*|AcMw5 |}
;&xI 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 aa2&yc29hp 7T9m@ 8.2.7光动力学治疗 "i_I<?aGB ]l7) F-v 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 x7) j?2 xD v$z.=Y 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 \7rF fN3 c""*Ng* T 8.3.2激光断层摄影 iZ
% KHqG
?TA%P6Lw 8.3.3激光显微镜 `&2~\o/ UjxEbk5>^ 8.4医用激光设备 5[}3j1 q&OF? z7H 8.4.1医用激光 光源 u :AKp<' yoiKt;
S 8.4.2医用激光传播用 光纤 /|V!2dQs" 6x|"1
G{ 8.5激光应用于医学的未来 nf=*KS\v jA_w OR7$ 8.5.1医用激光新技术 ?,uTH
4 {\z&`yD@ 8.5.2光动力学治疗的前景 wZB:7E% |& OW_*l 思考练习题8 idW= BK`NPC$a 第9章激光在信息技术中的应用 A2>r S IlQNo 1 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 .XDY1~w0 "z Fv? ay 9.1.1半导体激光器 @a-u_|3q +@*}_%^l" 9.1.2光纤激光器 ,ab_u@ qY o"-D* 9.1.3光放大器 7{F(NJUO1 0 kC}qru' 9.2激光全息三维显示 4 Ufx,] GZJIIP# 9.2.1全息术的历史回顾 -+MGs]), rHe*/nN%* 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 [O~' \ Q GjTj..G/ 9.2.3白光再现的全息三维显示 }xhat,9 bz5",8Mn 9.2.4计算全息图 j 7 r! N^ eyq\a'tyB 9.2.5数字全息术 { a2Y7\C/ F>N3GPRl 9.2.6全息三维显示的优点 xX;@
BS 5W hR | 9.2.7全息三维显示的应用 yLv jfP1 [f`^+, U 9.2.8全息三维显示技术的展望 WH:[Y7D Q depzo>E 9.3激光存储技术 2hB';Dv lIR0jgP@z 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 D2hE I2S e|Ip7` 9.3.2激光光盘存储 e| AA7 \=n0@ 1Q=> 9.3.3激光体全息光存储 P
"S=RX#+ JiFy.Pf 9.3.4激光存储技术的新进展 bpe8
`b(# t :A,pT3 9.4激光扫描和激光打印机 E>_?9~8Mf L|sWSrqd 9.4.1激光扫描 -
0t
<9za!.(zu 9.4.2激光打印机 ]J= S\ sU7>q }! 9.5量子光通信中的激光源 2m`4B_g A
M~& |-Hm
9.5.1量子光通信 iz|mJUx _ F0qq j 9.5.2量子态发生器及应用 W@S'mxk#* 84 PD`A 思考练习题9 7 V/yU5 kBPFk t2 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 ~cE; k@ + n1jP<[<N 10.1激光核聚变 E\M{/.4 4 rWN#QL()* 10.1.1受控核聚变 ?nm:e.S+? id^U% 4J 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 Y`FGD25` )G(6 = l* 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 nMU#g])y) JOj\#!\>k0 10.2激光冷却 a
S-
r ng (wJtEoB9^ 10.3激光操纵微粒 uO$ujbWZ DSwF
} 10.3.1光捕获 `I$qMw,@ M/U$x /3K 10.3.2微粒操纵 D3^[OHi~a &`7~vA&c 10.4超越经典衍射极限的分辨率 ~A8%[.({5 "?j|;p@!> 10.4.1解析延拓 i '!M<>7 <_*8a(j3 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 ~L(_q] uTJi }4c w 10.4.3傅里叶叠层算法 <$liWAGX\ ` w Sg/ 10.4.4相干谱复用 m[^;HwJ i_GE9A=h 10.4.5非相干结构光 照明成像 /,v:!* H+zn:j@ ~L 10.4.6超分辨荧光显微镜 ;>=hQC{f> V,qZF=} S 10.5激光光谱学 D<7S
P,D y? [*qnPj 10.5.1拉曼光谱 }\u~He% @"9y\1u 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 gb:Cc,F, % K.
G#[ 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 [ hj|8) ~Qdwo eaD 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 !W:QLOe6F Coq0Kzhsab 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 >ge-yK 1 %9mCgHQ9 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 hk ./G'E 7kn=j6I 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 kt1f2cj NQfIY`lt' 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 G%YD2<V $!I $*R& 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 6o;lTOe s sSG]I%oB3 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 62EJ# q[ M
_U $I7 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 v )7d {yyg= AMz 思考练习题10 o\]e}+1[o 5, Yk5?l<' 附录A随机变量 |0f\>X I %o4d4 3uZ A.1概率的定义和随机变量 N 5/TV% u 8Z3+S)6 A.2分布函数和密度函数 *MagicA Wc3!aLNx A.3推广到两个或多个联合随机变量 kq%`9,XE (%0X\zvu/ A.4统计平均 M/V
>25` [9?= &O#* 附录B随机过程 `*oLEXYN LR)is
B.1随机过程的定义和描述 y6*i/3 62(WZX%b B.2平稳性和遍历性 nBiSc* ObM5v rEk| 参考文献 cJ8*[H<NV 6C]!>i}U  5 (H; x74 [q.W!l4E （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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