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。 b0t];Gc%b 1;:2 =8 [? IERE!xQ 09 %eaoW 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 uqO51V ~ \Gv Vs 1.1光的波粒二象性 x(=kh%\; }=GyBn Xu 1.1.1光波 }lxvXVc{I
)E[5lD61 1.1.2光子 aF;&#TsB { YGz=5 ^ 1.2原子的能级和辐射跃迁 ka>RAr J xwRnrW d^6 1.2.1原子能级和简并度 +tV(8h4 I8Zp#'|U 1.2.2原子状态的标记 lMm-K%(2 ^g []) 2", 1.2.3玻尔兹曼分布 h
|lQ TT %~W}262 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 (bo bKr S|>Up%{n[ 1.3光的受激辐射 y2qESAZ%k} YwF6/JA 0^ 1.3.1黑体热辐射 eh`V#%S= 6/-!oo 1.3.2光和物质的作用 l =_@<p TAAsV#l 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 ~<Lf@yu-{ tm|lqa 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 n7 MS{` }DM2#E`_ 1.4光谱线增宽 CMg83 Fhsmpe~ 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 %&] }P;& W8P**ze4) 1.4.2自然增宽 *g,?13Q_ a sq/_` 1.4.3碰撞增宽 -E500F*b |,7J!7T(I 1.4.4多普勒增宽 O)5PUyC:H apMYBbC 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 v]BQIE?R / K?;p: 1.4.6综合增宽 bK].qN C5WCRg5& 1.5激光形成的条件 z\E "={P& ^ 2AF:(E 1.5.1介质中光的受激辐射放大 c==Oio (" V%0.%/<#5 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 1 IlR o5D" <-=> 思考练习题1 nfJ8Rt
(k5DbP[ 第2章激光器的工作原理 "~(&5M\8` {4QOUqA u 2.1光学谐振腔结构与稳定性 i]53A0l f~q&.,I( 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 9V],X=y~ 8@fDn(]w 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 R_qo]WvR; BH-[ q9pf 2.1.3稳定图的应用 >#:/
GN? 7XDV=PQ[ 2.2速率方程组与粒子数反转 ) *A,L% bF KP V%` 2.2.1三能级系统和四能级系统 C^%zV>o bSr 'ji 2.2.2速率方程组 46za xcY<! l z)"zV 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 ZmULy;{<) 4v|/+J6G 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 E ~>6*_? VRX"
@uCD 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 t>wxK
, SznE:+ 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 2Z O'X9 H< ;Fb;b 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 $CmX
&%L= @ g75T` N 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 Ib2 @Wi <c ovApx 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 \u]CD}/ | sFe:TX 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 ^-IsK#r. k vs1Sh?O 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 \B2 d(=~4 ~+#--BhV 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 |"yf@^ kdC z/KZ[qH\ 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 4 *vas]
y"\,%. 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 'Y[A'.*}4 <KwK
tgzs 2.5激光器的损耗与阈值条件 u- [t~-(a :Nz?<3R0\ 2.5.1激光器的损耗 #Q3PzDfj #tZf>zrs 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 B~>c Nj< $G_Q`w =jM 2.5.3阈值条件 mY`]33??v |2@en=EYk 2.5.4对介质能级选取的讨论 zw: C*sY t;!]z-Y> 思考练习题2 P!y`$Ky& atf%7}2 第3章激光器的输出特性 )_v\{N kz0=GKic 3.1光学谐振腔的衍射理论 5Vi]~dZu7 QP%kL*=8 3.1.1数学预备知识 m`$ >:B C6d]tLE 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 yvz?4m"_yB #jZ@l3 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 mhk/>+hF Q)S>VDLA 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 0i\',h }9 ufCqvv>' 3.2对称共焦腔内外的光场分布 rAx"~l.= ~ *!u 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 "XNu-_$N<a iS"8X#[]N 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 5_)@B]~nM 'qV3O+@MF 3.3高斯光束的传播特性 S9p?* 'e]HP-Y< 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 0zbLc% T;!ukGoFP 3.3.2高斯光束的相位分布 90s;/y( RxZm/:yuJ. 3.3.3高斯光束的远场发散角 1s`)yu^`v JzMZB"Z? 3.3.4高斯光束的高亮度 @8nLQh^ PXosFz~ 3.4稳定球面腔的光束传播特性 2L2 VVO W7L+ 8LU; 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 vUYJf99B &xiOTkqB 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 Iy S" .Z=Ce! 3.5其他几种常用的激光光束 BR36}iS;V {/d4PI7)tK 3.5.1厄米-高斯光束 dk_,YU'z yGvDn' m 3.5.2拉盖尔-高斯光束 BWUt{,? KU M!gBmQZ1 3.5.3贝塞尔光束 PK6*}y x _==Ss 3.6激光器的输出功率 mX&xn2}qZ" Y{Da+ 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 EZ"bW f.oP 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 wE$s'e zF5q=9 4$ 3.7激光器的线宽极限 o]Wz6 L 1")FWN_K/T 3.8激光光束质量的品质因子M2 mG)8U{L Q.,DZp 3.9模式激光的某些一阶统计性质 e?V,fzg ] @X{dc 3.9.1单模激光的一阶统计性质 w[ (n> 3;*z3;#} 3.9.2多模激光的一阶统计性质 =}JBA>q( 2sKG( ^=Z 思考练习题3 +z\\V D Lt1U+o[ot 第4章激光的基本技术 -bypuMQ-p n]+. 4.1激光器输出的选模 lv4(4$T iTh
xVD 4.1.1激光单纵模的选取 &1wpGJqm {odA[H 4.1.2激光单横模的选取 !@u&{"{` +W9]ED 4.2激光器的稳频 `=79i$,,t
nv"G; W 4.2.1影响频率稳定的因素 =3*Jj`AV 9x=3W?K:, 4.2.2稳频方法概述 &Yp+k}XU ! k,<|8(0 4.2.3兰姆凹陷法稳频 2MuO*.9D 6xHi\L 4.2.4饱和吸收法稳频 R2w`Y 5#` uPkb, :6~Z 4.3激光束的变换 _gKu8$o=- ~ %s}S 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 ^'vIOq-1v o/cr{>"N 4.3.2高斯光束的聚焦 I"1CgKYK^+ H"+wsM^@ 4.3.3高斯光束的准直 $jG4pPG FI{AZ b_' 4.3.4激光的扩束 cZ|l Cy^ x=-0 zV 4.4激光调制技术 IIxJqGN: OV[`|<C ' 4.4.1激光调制的基本概念 ?E<c[*F05 WfG(JJ 4.4.2电光强度调制 Vclr2]eV4O 3B{[%#vO 4.4.3电光相位调制 !\;:36B#6 ,=|4:F9
4.5激光偏转技术 F$Q04Qw Jx $iwu 4.5.1机械偏转 < Dd% +8AvTSgX% 4.5.2电光偏转 tz4
]hF 2n|CD|V$ux 4.5.3声光偏转 =&7@<vBpy \"x>JW4w 4.6激光调Q技术 O*G1 QX @2
=z}S3O 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q SfW}"#L>5 / p)F>WR 4.6.2调Q原理 *N F$1 :l,OalO 4.6.3电光调Q yNa;\UF `T"rG }c 4.6.4声光调Q \a) ) k_aW 4.6.5染料调Q x<ax9{ | o0RP|l 4.7激光锁模技术 i#W*' lb~E0U`\E` 4.7.1锁模原理 l -.( Ez* Zx{96G+1 4.7.2主动锁模 /L v1$~ V8PLFt; 4.7.3被动锁模 U
O<:.6" OeElMRU" 思考练习题4 f:woP7FP sJZ!sznn 第5章典型激光器介绍 W7=V{}b+ kl} Xmw{tJ 5.1固体激光器 E0 l _-- w? LrJ37u 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 /ty?<24ko P)6 lu8zQ 5.1.2固体激光器的泵浦系统 g "hJ{{< UE :HMn6 5.1.3固体激光器的输出特性 \9:wfLF8! OP! R[27> 5.1.4新型固体激光器 -rSIBc:$8 +(?>-3_z 5.2气体激光器 v]"L]/" k< j"~S1 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 u[oUCTY +?m 0Q;%b 5.2.2二氧化碳激光器 1n=_y o F{m{d?:OA 5.2.3Ar＋离子激光器 'g)n1 {
CN& 5.3染料激光器 {1-V]h.<J }-DE`c 5.3.1染料激光器的激发机理 a|_p,_ @f1 *eo5f 5.3.2染料激光器的泵浦 {i [y9 \7v)iG|#G& 5.3.3染料激光器的调谐 q]% T:A= # 8h ;Bj 5.4半导体激光器 v?:: | { ?1I GYyu! 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 Di5(9]o2 OJO !FH ) 5.4.2PN结和粒子数反转 HU ;#XU1 !>$4]FkV 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 5|8^ 9Oe5 s!+
pL| 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器
aelO3'UN !#yq@2QX 5.5其他激光器 ,IH b+ K )_7>nuQ6 5.5.1准分子激光器 (bp9Pj w ,&^3Z 5.5.2自由电子激光器 39i9wrP MGpt}|t- 5.5.3化学激光器 - y AQ C.Uju`3 思考练习题5 0(TTw(;
nY%5cJ`" 第6章激光在精密测量中的应用 UUe#{6Jx_ XGrue6 ya 6.1激光干涉测长 YDJ4c;3 7 &a0r%L()X 6.1.1干涉测长的基本原理 'tgKe!-@ 6IcNZ!j98 6.1.2激光干涉测长系统的组成 `:NaEF?Sj }_'IE1bA 6.1.3激光外差干涉测长技术 c}Z6 V1]QP 2x]>l?
5b 6.1.4激光干涉测长应用举例 ~uW Odm-"[ pKUP2m`MW 6.2激光衍射测量 9A'Y4Kg<C fr iWW ^ 6.2.1激光衍射测量原理 Dim>
7Wbh
-fI`3# 6.2.2激光衍射测量的方法 ||7x;2e ]}="m2S3 6.2.3激光衍射测量的应用 BaI $S>/Q #N(= 3Cj 6.3激光测距 B!]2Se2G n.MRz WJpZ 6.3.1激光脉冲测距 '@|_OmcY }Db[ 4 6.3.2激光相位测距 (IqZ@->nw B(g _Gm< 6.4激光准直及多自由度测量 u7%D6W~m0 |077Sf | 6.4.1激光准直仪 4S "\~>< CvSIV 7zYo 6.4.2激光衍射准直仪 E51 dV:l .T<= z 6.4.3激光多自由度测量 {6;9b-a] #AkV/1Y 6.5激光多普勒测速 ^ 2GHe<Y e~%
;K4 6.5.1运动微粒散射光的频率 8I20*# P9Yy9_a|x 6.5.2差频法测速 E907fX[R~ h`
U?1xS 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 j`'`)3f Ei}/iBG@ 6.6环形激光测量角度和角加速度 J?@DGp+t ,j;m!V 6.6.1环形激光精密测角 ;h6v@)#GX [v 7^i_d 6.6.2光纤陀螺 TNCgaTJ{h FuG4F 6.7激光环境计量 00I}o%akO 5Wyz=+?m| 6.8激光散射板干涉仪 [yl sz? n~"$^Vr 思考练习题6 Ee)[\Qjn B[=( #W 第7章激光加工技术 2]GdD* OaJB=J% 7.1激光热加工原理 h5%<+D< YBYZ=,"d 7.2激光表面改性技术 KoE8 Mp ;k"Bse!/ 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 0i ULCK PWh^[Rd) 7.2.2激光表面熔凝技术 q{s(.Uq$& C{sLz9 7.2.3激光熔覆技术 8 h3=b[ ] 2 # 7.3激光去除材料技术 :tIC~GG]_) ur
:i)~wXn 7.3.1激光打孔 t* @2 OW`! ~$' \L 7.3.2激光切割 tQZs .1=z rG#Z=*b% 7.4激光焊接 D3|oOOoG A(?\>X
9g 7.4.1激光热导焊 JdIlWJY 4h@Z/G!T3 7.4.2激光深熔焊 FMkOo2{ 4}_O`Uxh 7.4.3激光复合焊 V .o s j1_ @qns{ 7.5激光快速成型技术 rl9. ]~ T\Uek- ( 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 iA8U Yd3Q &]
\X]p 7.5.2激光快速成型技术 iX0iRC6f [V 4 {c@ 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 k >t )g-,2 ? uYu`Ojzr 7.6其他激光加工技术 SyAvKd`g UzXE_ S 7.6.1激光清洗技术 [tMZ G%h 4iW'kuK 7.6.2激光弯曲 2o>)7^9|#< vG \a1H 思考练习题7 ,J`'Y+7W |_omr&[_ 第8章激光在医学中的应用 \~LQ%OM ix#epuN 8.1激光与生物体的相互作用
#gm)dRKm% 5{n*"88 8.1.1生物体的 光学特性 e/->_T(I 3Tn )Z1o 8.1.2激光对生物体的作用 Cy*|&=>j qlA7tU2p& 8.1.3激光对生物体应用的优点 0afei4i~N ]xguBh ] 8.2激光在临床治疗中的应用 rP!#RzL s7oT G! 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 6a;v&5 `/HUV&i"S 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 %pXAeeSY`; cBo{/Tn: 8.2.3激光在眼科中的应用 [:^-m8QC 0rGSH*( 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 J Hf Q,& /V_ 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 .S(,o. l4TpH|k 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 8foJ I^3 lV.F,3 8.2.7光动力学治疗 Ela-,(Glk Yq(G;mjM 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 !"+'A)Nve V7TVt,-3 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 e@ {i F@R1:M9* 8.3.2激光断层摄影 c\% r 38 ORu2V# Z[ 8.3.3激光显微镜 &qS[%K ) W cC?8X2 8.4医用激光设备 `b c ;]@" K(XN-D/c 8.4.1医用激光 光源 ",{ibh)g$` s}pIk.4ot! 8.4.2医用激光传播用 光纤 iMfngIs | 1xv8gC:6 8.5激光应用于医学的未来 2>*%q%81 ;(}V"i7Hu 8.5.1医用激光新技术 3_q3Bk CR2_;x:0 8.5.2光动力学治疗的前景 y<b{Ji e 6i0A9SN 思考练习题8 k1V T /u j[Uxa 第9章激光在信息技术中的应用 7} jWBK c$wsH25KH8 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 fvb=#58N _ ]tY
^0a 9.1.1半导体激光器 qH['09/F6 OM{WI27 9.1.2光纤激光器 #M A4 vky . ^ 9.1.3光放大器 fr! Pj(Q1 ':R,53tjl 9.2激光全息三维显示 JJRK7\~$ cWajrLw 9.2.1全息术的历史回顾 x1 1U@jd+1 Ge d [#Q 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 JF/,K"J k<+0o)) 9.2.3白光再现的全息三维显示 sl*5Y#,|1 7^T^($+6s& 9.2.4计算全息图 wW>)(&!F g:0#u;j^7 9.2.5数字全息术 US K R"M/# 9.2.6全息三维显示的优点 oq*N_mP0
_e9:me5d"$ 9.2.7全息三维显示的应用 c)0amM 4~U'TE
@ 9.2.8全息三维显示技术的展望 e6_ZjrQf fg #x7v4O 9.3激光存储技术 ,sGZ2=M}J 1wW)tNKIF 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 E\; ikX&1 X\}Y 9.3.2激光光盘存储 DQwGUF'( TE )gVE] 9.3.3激光体全息光存储 }K hjlPhx <W]g2>9o9 9.3.4激光存储技术的新进展 =+w*gDr XhsTT2B 9.4激光扫描和激光打印机 7RDDdF E! . @Ut?G 9.4.1激光扫描 Zf7&._y. <)*2LBF@] 9.4.2激光打印机 'Peni1_ Dup;e&9g 9.5量子光通信中的激光源 #P#-xz &Z?ut *%S 9.5.1量子光通信 2BCtJ`S` f&D]anf33 9.5.2量子态发生器及应用 OGiV{9U %zU`XVNN+ 思考练习题9 G|8%qd )bx_;9Y{ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 -CH`> ~ d^<_R 10.1激光核聚变 7*DMVok: #"fJa:IYG7 10.1.1受控核聚变 A[WV'!A, (Toq^+`c 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 %r)avI #y|V|nd 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 Z`3ufXPNlO V#ev-\k}@ 10.2激光冷却 P'MY[&|mM' #E0t?:t5bk 10.3激光操纵微粒 ,@z4I0cTi\ T !W~n
ZC 10.3.1光捕获 kqG0%WtQ vILy>QS) 10.3.2微粒操纵 .k4W_9 }6 5s'JB 10.4超越经典衍射极限的分辨率 qC!&x,}3 VG L#!4wK 10.4.1解析延拓 k#b u#YZk >MJ?g- 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 \n0Oez0z!B @xsCXCRWVV 10.4.3傅里叶叠层算法 clI*7j.4E# ?t@ v&s 10.4.4相干谱复用 hl&-\ dc+ ;DnUQ j 10.4.5非相干结构光 照明成像 <ktz T&A Fyyg`J 10.4.6超分辨荧光显微镜 SvvUkQ#1w a'\By?V]
10.5激光光谱学 nxQ?bk}*d t]1ubt2W 10.5.1拉曼光谱
yz+, gLY b{DiM098 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 1G~S |,8p 52zGJ I*
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 -G
&_^"=R 'cDx{? 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 #$vRJ#S} U ?B.~ AUN 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 x}$e}8|8YL o-7>eE}+ 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 h06ku2Q
(UNtRz'=; 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 v}J;ZIb 2}}?'PwwT 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 1-I
Swd'u 4"\ yf 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 T)7TyE|"2g !/K8 xD $ 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 u%O-;>J ~c{:DM 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 2=PBxDs; WKA'=, `v 思考练习题10 %>Xr5<$:& [_y@M
] 附录A随机变量 &ntBU]< q V9x8R A.1概率的定义和随机变量 -'rj&x{Q)U $7I] `Jt A.2分布函数和密度函数 Ni[4OR$- O "C%!8`K{a* A.3推广到两个或多个联合随机变量 xFp<7p
L IN^ 9uL]B A.4统计平均 QL"gWr`R juToO 附录B随机过程 zW{ 6Eg nN`"z3o B.1随机过程的定义和描述 !jS4!2' o}8{Bh^ B.2平稳性和遍历性 7INk_2 !>;w!^U 参考文献 o%(bQV-T TW`mxj_J2  b 5ie <s "2n;3ByR （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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