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。 9!R !H& 0 @ ,@ <oeHZD_ OR cAL&>T 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 (V+(\<M `S.;&%B\ 1.1光的波粒二象性 KL|B| u [2
Rp.? 1.1.1光波 ) wGC=, c#rbyx?5 1.1.2光子 3F r}8 Dy 2f-Z\3)9 J 1.2原子的能级和辐射跃迁 vCi:c Ip/ 6?t5g4q*nn 1.2.1原子能级和简并度 jQ[Z*^"} iCc \p2p 1.2.2原子状态的标记 fG.w;Aemv5 'N}Wo}1r 1.2.3玻尔兹曼分布 kQ:2 @SOm !<~Ig/ 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 hR?rZUl2M {b+IDq`)= 1.3光的受激辐射 jRBx 7|ON R
vY`9D 1.3.1黑体热辐射 co*5NM^ 9\"~ G) 1.3.2光和物质的作用 ?Z.YJX oKZ %k2zsM 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 iff U}ce A8A+ImwO" 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 85X^T]zo F4 P D3E_# 1.4光谱线增宽 , <[os nU`;MW/^w 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 Le}q>>o;q [6D>2b}:{[ 1.4.2自然增宽 3 C[ ;2 >:K3y$] _ 1.4.3碰撞增宽 !O.B, AHLDURv 1.4.4多普勒增宽 Xau.4&\d :3G9YjzC} 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 &iSQ2a!l8b 4 @VX%5uy 1.4.6综合增宽 tF;aB*
bhgh
] { 1.5激光形成的条件 ;Joo!CXHO D2hvf ^g'* 1.5.1介质中光的受激辐射放大 @.gCeMlOf "q%)we 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 1DBzD%@Oz L RmO6>y 思考练习题1 jG/ kT5 S Rp| :$5&nE 第2章激光器的工作原理 vuK 5DG4 EXzY4D ^ 2.1光学谐振腔结构与稳定性 4C2 D wj *r_.o;6 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 E6G^?k~q xq]&XlA:ug 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 &fTCY-W[ zZy>XHR
H 2.1.3稳定图的应用 FX'W%_f, Ky=&C8b< 2.2速率方程组与粒子数反转 _,'UP>Si 9#agI|d~ 2.2.1三能级系统和四能级系统 <9Ch kb|B v:+se6HY?p 2.2.2速率方程组 b_LzG_n! \K4m~e@! 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 ]f\rB8k|& x
1 _(j 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 0 Hq$h ;P{ *'@ 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 ? ,!qh VP"L _ Um 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 V2bod=&Lc 6D+9f{~r 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 @GEvI2Vf.0 '3xSzsDn 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 U- Iwda8v $L&*0$[]Q 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 X$xqu\t7 i.#s'm.9 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 $;">/ "7m #a0 (Wh7 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 8?(4E 'vf `aUA_"f 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 |?0C 9 4A Sc`w*0 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 ND`~|6yb p&q&Fr- 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 ;<* VwXJR U@*z#T#"m 2.5激光器的损耗与阈值条件 3}vlj:L c2i^dNp_ 2.5.1激光器的损耗 x o*a9H?@ R{WG >c 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 %>s y`c T|=8 jt, 2.5.3阈值条件 0 8U:{LL R"tLu/S n 2.5.4对介质能级选取的讨论 )i?wBxq'MA 6Y=$7%z 思考练习题2 2qEy"DKu ZA# jw 8F 第3章激光器的输出特性 ?2i``-|Wa v<c8qg 3.1光学谐振腔的衍射理论
mjw:Z, )D@
NX/} 3.1.1数学预备知识 YS/DIH{9e 2#rF/!`^ 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 VMNihx0FJ -PX {W)Aw 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 ruA!+@or \:Nbl<9(9 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 6 g!t1%Kb 9SU;c l 3.2对称共焦腔内外的光场分布 ed617J /2YI!U@A 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 eQNYfWR 8L&# <Ol 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 w+JDu_9+A] lT%o6qgT 3.3高斯光束的传播特性 {%
;tN`{M g{i( 4DHm( 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 oEfKL`]B ~UL; O\-b0 3.3.2高斯光束的相位分布 /|>z7#?m^ Bq\%]2;eo{ 3.3.3高斯光束的远场发散角 H*!E*_ "eBpSV>nnQ 3.3.4高斯光束的高亮度
2"13!s 9_&.G4%V 3.4稳定球面腔的光束传播特性 f):|Ad| C`DTPoXN 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 6 s*#y [$ "EA%!P:d, 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 TT> ;!nb r% qgLP{v 3.5其他几种常用的激光光束 V RT| OUq "zYlddh 3.5.1厄米-高斯光束 Y>IEB,w &'i> 5Y 3.5.2拉盖尔-高斯光束 1YQ|KJ*K @C?RbTHy
3.5.3贝塞尔光束 ?*J v&f# Es)Kw3^a 3.6激光器的输出功率 Z~v.!j0 g"F vD_ 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 sN;xHT Y HD$W\P 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 A5z5e#
,u 0<fN<iR` 3.7激光器的线宽极限 GsxrqIaD )$Mgp *? 3.8激光光束质量的品质因子M2 kJ{X5&,_ T VQ9"C 3.9模式激光的某些一阶统计性质 l&[ x)W V|DAw[!6N 3.9.1单模激光的一阶统计性质 6>zO"9 oS, %L 3.9.2多模激光的一阶统计性质 4y:y FTp C#+Gkzq 思考练习题3 L`tr7EEr e![n$/E3R 第4章激光的基本技术 RYy_Ppn96f #T&''a 4.1激光器输出的选模 ]~G wZB'M `gx_+m^ 4.1.1激光单纵模的选取 R>yoMk/u ,A4v|]kq] 4.1.2激光单横模的选取 >6Ku Z_
GMr jZ 4.2激光器的稳频 IyOb0WiEj }f/ 1 4.2.1影响频率稳定的因素 t*iKkV^aE MQ7N8 @!t 4.2.2稳频方法概述 "sdzm%
V+(1U|@~
4.2.3兰姆凹陷法稳频 wa5wkuS)ld pxDkf|* 4.2.4饱和吸收法稳频 59 R; n.Q a~>+I~^K5q 4.3激光束的变换 k+t?EZ6L W9+H /T7! 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 p
D-k<8| j
Jt"= 4.3.2高斯光束的聚焦 3MH9%*w'0 EyO=M~nsS 4.3.3高斯光束的准直 5<^ $9(' ark~#<SqAr 4.3.4激光的扩束 F0(P 2j H,u {zU') 4.4激光调制技术 x- 1RmL_% ~4fUaMT 4.4.1激光调制的基本概念 r~nD%H:}P 0%&ZR=y(G 4.4.2电光强度调制 U[,."w]T (E[c- 1s 4.4.3电光相位调制 _3~ /Z{z8 C>wOoXjt 4.5激光偏转技术 '{*{ b~>kTO 4.5.1机械偏转 =HapCmrx8 {% Cb0Zh 4.5.2电光偏转 zZp0g^;.? 79`OB## 4.5.3声光偏转 !LJE o> D /Z^"[Ke 4.6激光调Q技术 B8.a#@ R _@2}zT 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q # 0kVhx7% EdcbWf7 4.6.2调Q原理 /o L &
<e 8L1 vt Yz 4.6.3电光调Q S bL m *^ aEUp6& 4.6.4声光调Q C-h9_<AwJQ Q 3"{v0 4.6.5染料调Q Aqy y\G; *yl?M<28 4.7激光锁模技术 <fS WX>pR A#7/,1h\ 4.7.1锁模原理 yM}~]aQ y R5Pk>-KF 4.7.2主动锁模 ty ESDp% {&dbxj-' 4.7.3被动锁模 w :nYsuF $;iMo/ 思考练习题4 H2kib4^i P K+rr.k] 第5章典型激光器介绍 a_Sp}s<J tq$L* ++O 5.1固体激光器 4 t
5i9+h Jn7T5$pJ 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 I|n? 32F <?Ln`,Duk 5.1.2固体激光器的泵浦系统 )2sE9G, ~%chF/H 5.1.3固体激光器的输出特性 yE&WGpT %8O1 sF 5.1.4新型固体激光器 _ sqj~|K }]#&U/z 5.2气体激光器 ]SC|%B _* cs lZ; 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 &2,3R}B/ O*7vmPy 5.2.2二氧化碳激光器 6,;dU-A + ~U r 5.2.3Ar＋离子激光器 ~] &yHzp2 "hmLe(jo} 5.3染料激光器 HK L/ D d88 Dyzz 5.3.1染料激光器的激发机理 38GkV.e}$ Q&#Arph0e 5.3.2染料激光器的泵浦 WKAG)4 ["fUSQ 5.3.3染料激光器的调谐 ^GpLl < 78*-Ob 5.4半导体激光器 Ij>G7Q*d Z=9<esx 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 25PZ&^G 8% 4^Ss\$* 5.4.2PN结和粒子数反转 g#k@R'7E t[r 6 jo7 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 3,'L W} }_Ci3|G>%D 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 ;E_Go&Vd =2t=Zyp0Y 5.5其他激光器 p* j>s \ 7W'&v+\ 5.5.1准分子激光器 ZO!h!2* %[, R Q">v 5.5.2自由电子激光器 -5oYGLS$y3 p/yz`m T'w 5.5.3化学激光器 %iB,hGatE kQ]4 Bo 思考练习题5 QQ`tSYgex L +mE& 第6章激光在精密测量中的应用 97[wz C, 4.Q [Tu 6.1激光干涉测长 1N_T/I8_F QOX'ZAB ` 6.1.1干涉测长的基本原理 w&@zJ [ 8BrC@L2E0 6.1.2激光干涉测长系统的组成 3@nIoN'z MDQ:6Ri 6.1.3激光外差干涉测长技术 ?S;z!)
H)P 2D(sA 6.1.4激光干涉测长应用举例 Ee_?aG
e& =0L%<@yA 6.2激光衍射测量 <FX ]n< 'qUM 38 s 6.2.1激光衍射测量原理 b*W,8HF 4, [,MaAB 6.2.2激光衍射测量的方法 CIui9XNU |"PS e~ u 6.2.3激光衍射测量的应用 $EHF f $M ? H!jKX 6.3激光测距 s2( 7z9jR H |
C3{9 6.3.1激光脉冲测距 /0cm7[a ? _M&n~ r 6.3.2激光相位测距 15VvZ![$V M ,W-,l
] 6.4激光准直及多自由度测量 h oO84 7 C =CZtjUt 6.4.1激光准直仪 (-Q~@Q1 2
FoLJ 6.4.2激光衍射准直仪 xbxzB<yL Y4w]jIv 6.4.3激光多自由度测量 8bQXC+bK B uso
`G 6.5激光多普勒测速 & kVa*O kOdA8X RY 6.5.1运动微粒散射光的频率 IhBQ1,&J j D*<M/4 6.5.2差频法测速 mZXtHFMu iITM BS`} 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 s FJ:09L| R| ^bZf^ 6.6环形激光测量角度和角加速度 RT3(u twO (&87 zk 6.6.1环形激光精密测角 P3YM4&6XA 4s ~X 6.6.2光纤陀螺
3Z`"k2k S(U9Dlyarg 6.7激光环境计量 j'Jb+@W? YD@Z}NE
v" 6.8激光散射板干涉仪 `mW~ {)x 5~Ek_B 思考练习题6 00'SceL=` pouXt-%2X 第7章激光加工技术 <KK.f9^o( }Xk_
xQVt{ 7.1激光热加工原理 WtKK dL .I EHjy\+ 7.2激光表面改性技术 rW|%eT*/'A ,;5%&T 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 PH&Qw2(Sx 2z" <m2 a 7.2.2激光表面熔凝技术 @;KYvDY 3bXfR,U 7.2.3激光熔覆技术 ?9O#b1f N b{,v?7^4 7.3激光去除材料技术 A`JE(cIz3 >&:}L% 7.3.1激光打孔 ,C"6@/:l ,?Ie!r$6 7.3.2激光切割 q]C_idK= _&\'Va$ 7.4激光焊接 ^|zag 16]Ay&Kn! 7.4.1激光热导焊 ~4Gc~ " TmftEw>u 7.4.2激光深熔焊 iPV-w_HQ KAD2_@l 7.4.3激光复合焊 8m=R"
%h %FM26^ 7.5激光快速成型技术 ja~Dp5 R) :Xs . 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 @k)J
i!7 )+'=Zvgej= 7.5.2激光快速成型技术 KM)f~^ 0G-obHe0 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 #]5K WXC'~ R`DzVBLl 7.6其他激光加工技术 +jZa A/ 2L;=wP2?{ 7.6.1激光清洗技术 5@ r6'Z j;b>~_ U% 7.6.2激光弯曲 %*!6R:gA p &L5
)v\ z 思考练习题7 kppi>!6 ~XP |dn} 第8章激光在医学中的应用 mjg@c|rTG {4A,&pR 8.1激光与生物体的相互作用 7gV9m9 # *xpn-hCp< 8.1.1生物体的 光学特性 CJCxL\ 0&fO)de96 8.1.2激光对生物体的作用 ,j`48S@ Yq51+\d 8.1.3激光对生物体应用的优点 +>1?ck c1i:m'b_5 8.2激光在临床治疗中的应用 1goRO f OR9 N/ 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 mRC3w(W ?Y
-;781 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 1U.X[}e "=
%"@"<) 8.2.3激光在眼科中的应用 0wNlt#G;{ hKN ;tq, 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 ,D*bLXWh @i V-pJ- 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 GRYw_}Aa zI,Qc60B 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 et~D9='E ,aUbB8 8.2.7光动力学治疗 f 42F@M(: /;Hq v`X7 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 KMkD6g .TdFI"Yn 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 e21J9e6z /bo=,%wJ[ 8.3.2激光断层摄影 F1_,V?
5EVypw?]x 8.3.3激光显微镜 :Ch XzZ \W TKw x 8.4医用激光设备 j7Y7&x" b(R.&X 8.4.1医用激光 光源 s+fxv(,"c CP; <B1 8.4.2医用激光传播用 光纤 b/m.VL
QgYt(/S 8.5激光应用于医学的未来 0{ B<A^Bf :vEfJSA
1< 8.5.1医用激光新技术 |O>e=HC#q8 #o} /' 8.5.2光动力学治疗的前景 :w5g!G?z ;>6~}lMgJ 思考练习题8 {*hvzS{1d N2 }Y8aR~ 第9章激光在信息技术中的应用 pGR3 D=3Z] 'A 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 c -(dm:
/ivVqOo 9.1.1半导体激光器 fUY05OMZ .-T P 1C 9.1.2光纤激光器 Z azs". Z:AB (c 9.1.3光放大器 fa/o4S< j} /).O 9.2激光全息三维显示 Qb)c>r yF6AI@y 9.2.1全息术的历史回顾 ~F,Y BX e_3jyA@ v 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 Twd*HH *My9r.F5o 9.2.3白光再现的全息三维显示 t>N2K-8Qh 2SlL`hN>Z 9.2.4计算全息图 M6Xzyt| zY*~2|q,s 9.2.5数字全息术 zGz}.-F YRBJ(v"9 9.2.6全息三维显示的优点 2p;I<C:Eo A_E2v{*n 9.2.7全息三维显示的应用 1twpOZ> {j`8XWLZZN 9.2.8全息三维显示技术的展望 S} ,Cz g)$KN,gGuO 9.3激光存储技术 k \SqD mv rA? < \* 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 x;bA \b pT~3 <
, 9.3.2激光光盘存储 =$y J66e O"o|8
l}M/ 9.3.3激光体全息光存储 F|m &n& 6m]?*k1HC 9.3.4激光存储技术的新进展 i4k [#x m(9I+` 9.4激光扫描和激光打印机 4<Pup J k+"7hf=C| 9.4.1激光扫描 R(&3})VOa 1Vz^?t: 9.4.2激光打印机 L'KKU4zj mP6}$ D 9.5量子光通信中的激光源 sk 8DW D8~\*0-> 9.5.1量子光通信 c*zeO@AAn ND.(N'/O 9.5.2量子态发生器及应用 /\mYXi \ 8O{V#aop 思考练习题9 ~Y l.(R *}#HBZe(9 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 eE
.wnn acUyz2x 10.1激光核聚变 {2T u_2> ,ZY\})`p 10.1.1受控核聚变 L .. A ep](je 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 b~ * iL!< )OFN0' 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 h~qvd--p0 kxEq_FX 10.2激光冷却 [9 :9<#?o^ "O$WfpKX 10.3激光操纵微粒 "'Gq4<&y Ce}m$ k 10.3.1光捕获 a[j]fv*6 Fz<1xyc( 10.3.2微粒操纵 wxJ"{(; F|!=]A< 10.4超越经典衍射极限的分辨率 Y?K?*`Pkc1 8tjWVo 10.4.1解析延拓 _D{FQRU<YD H l(W'>*oL 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 0<4'pO.6Hq 0(u}z 10.4.3傅里叶叠层算法 !U P B4I k^; /@: 10.4.4相干谱复用 u^]Gc p b W/T}FN D 10.4.5非相干结构光 照明成像 =Xid"$ 9+<A7PM1T 10.4.6超分辨荧光显微镜 Df2$2VU W;!V_- : 10.5激光光谱学 iKaS7lWH 3rN}iSF^ 10.5.1拉曼光谱 \Jc}Hzug %cDTq&Q 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 p(4B"[ !S .) %, R 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 qSD`S1 '2; "mU2^4 q 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 +G!#
/u1 [GK## z'5 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 ER&\2,fZ k[<i+C"; 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 m8b-\^eP7 k'e1ZAn 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 H0lW gJmi| fo>_*6i74 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 IvQuxs &a TL$ w~dY 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 Y Fj#{C. N(J#<;!yb 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 [;-;{
*{G '@.Lg0` 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 zt|1tU: HKO SS-`5 思考练习题10 x2b
t^!t. MX!N?k#KhP 附录A随机变量 n
>E1\($ } 21!b :a A.1概率的定义和随机变量 SjA'<ZX>TM x|^p9m"=% A.2分布函数和密度函数 &FZ~n?;hQ w_QWTD 0 A.3推广到两个或多个联合随机变量 uz3 ?c6b B'vIL ' A.4统计平均 td$RDtW[3 r@'~cF]m 附录B随机过程 /a-s9< $kR%G {j 4 B.1随机过程的定义和描述 ||7x51-yj O_
$ zK B.2平稳性和遍历性 _]3#C[1L =&.9z 4A 参考文献 A~0yMww:$ p>T  `!ja0Sq]U "18cD5-# （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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