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。
y.WEj?E L 7B!x T2{T BFL`!^ t?}zdI(4 第1章辐射理论概要与激光产生的条件
]z l [H7 B$b +Ymu 1.1光的波粒二象性
AtdlZ k p<OJy 1.1.1光波
7w'wjX- x|mqL -Q f 1.1.2光子
ny`#%Vs o$w_Es]Ma 1.2原子的能级和辐射跃迁
H*[ M\gN$ R{ a"Y$ 1.2.1原子能级和简并度
2Ou[u#H P"W2( d 1.2.2原子状态的标记
g=QDu7Ux 7g%E`3)" 1.2.3玻尔兹曼分布
4:|S` jm Zr vz;p@~ 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁
e6d<dXx tS|(K =$
1.3光的受激辐射
zx-81fx+k 4<% *E{` 1.3.1黑体热辐射
oW<5|FaN 5qr'.m 1.3.2光和物质的作用
%] >KvoA +n#V[~~8AI 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
/4g1zrU 0URji~?|x 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
|962G1. 5<UVD:~z 1.4光谱线增宽
S4G^z}{ _ v#. r.{t 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
j#+!\ft5 ;j^H)."A\ 1.4.2自然增宽
t0IEaj75c qNYN-f~@, 1.4.3碰撞增宽
1XD,uoxB
-F<Wd/Xse 1.4.4多普勒增宽
3wC' r
hRs&t,{& 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
kP-3"AC G G &4&-< 1.4.6综合增宽
8P 1=[i] CE/Xfh'44 1.5激光形成的条件
UazP6^{L .
koYHq 1.5.1介质中光的受激辐射放大
MBqt &_?K C!fMW+C@ 1.5.2光学谐振腔和阈值条件
Ib+Y~
XYR tE)suU5Y 思考练习题1
T~Gvp0r}h Mdl{}P0) 第2章激光器的工作原理
X4 A<[&F/ ,M^ P! 2.1光学谐振腔结构与稳定性
X{\F;Cb* iZM+JqfU|D 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件
v"#mzd.tW fS s4ZXC 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类
bT^I " g7O qX \ 2.1.3稳定图的应用
TrLu~4 OH">b6>\ 2.2速率方程组与粒子数反转
][?G/*k oxz OA 2.2.1三能级系统和四能级系统
\lZf< f *a #rM"6P 2.2.2速率方程组
$`)/0{qY- rvXWcu -" 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布
kPF9Z "l J"=vE= 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布
P!+'1KR K':K{e e> 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
9J9) AV
@I_8T$N= 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
6~1|qEe6I <gJU?$ 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
*Df,Ijh $ )u/yF*:n 2.3.1均匀增宽介质的增益系数
E )5E$ (`sH3&Kl 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和
]3K hgK%c8 ~% SH3$ 2.4非均匀增宽介质的增益饱和
Z;:u'= d5D$&5Ec 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
:9$F'd\ 1@QZnF5 [ 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
<;#~l* 0},PJ$8x 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
x)rM/Kq ReM=eS 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
( UU(:/ L:1^Kxg 2.5激光器的损耗与阈值条件
Y6Lf@}2(i XVv K2( 2.5.1激光器的损耗
RV5n,J 1Dv R[Lx% 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程
~:3QBMk:: nIU 6h 2.5.3阈值条件
LAd\ Tvms ZE2$I^DY- 2.5.4对介质能级选取的讨论
20Z8HwQi a^ =-Mp 思考练习题2
AO=h
23ZI BI $ 第3章激光器的输出特性
$aN&nhoO < \>7^f
3m 3.1光学谐振腔的衍射理论
WnGGo ' Z +TQ47Z c 3.1.1数学预备知识
[L:o` j 49w=X J 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
xYhr O JvT"bZk( o 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
j4;0|zx-i n(L\||#+ 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
v7DE DM} YJ 3.2对称共焦腔内外的光场分布
A` AaTP il \$@Bn 3.2.1共焦腔镜面上的场分布
Pri`K/ %YSu8G_t 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
8'f4 Od ? R0L&*Bjm 3.3高斯光束的传播特性
CC@.MA@9 N H<}^'#"p 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布
~d6DD;`K #_(jS+lP?k 3.3.2高斯光束的相位分布
8 `f jF/ U)o$WH.b 3.3.3高斯光束的远场发散角
Qbyv{/ yRiP{$E 3.3.4高斯光束的高亮度
.F(i/)vaq| mGGsB5#w> 3.4稳定球面腔的光束传播特性
##EYH1P] $ pFo Rv 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔
7g(F#T?;' =<NljOR4` 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性
ltD3 7QZQ *0>mB 3.5其他几种常用的激光光束
JGH60| @$2))g` 3.5.1厄米-高斯光束
X_g 3rv1J Pw;!uag 3.5.2拉盖尔-高斯光束
C e")[<: kJ-* fe'S 3.5.3贝塞尔光束
8WXJ. 8k IR y 3.6激光器的输出功率
'qF#<1& ty*@7g0k 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
o`q_wd y? BYo/57&: 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率
d GFGr}&s ?1 [\! 3.7激光器的线宽极限
!Wy[).ZAf 1s{ ^X
- 3.8激光光束质量的品质因子M2
Hw -Z Iz{R}#8CZ 3.9模式激光的某些一阶统计性质
(<Th=Fns? e4z1`YLsG 3.9.1单模激光的一阶统计性质
j`*# v Myq5b`z 3.9.2多模激光的一阶统计性质
Gsc\/4Wx x"CZ]p&m 思考练习题3
}QsZ:J. ~~6^Sh60g 第4章激光的基本技术
a
/:@"&Y !grV R157P 4.1激光器输出的选模
&09U@uc$ ,s_T pq 4.1.1激光单纵模的选取
W":PG68 a<A+4uXyD 4.1.2激光单横模的选取
]d]JXt?)i D^-7JbE] 4.2激光器的稳频
Eb=#9f%y>& 4L73]3& 4.2.1影响频率稳定的因素
60)iw4<wf D Kw*~0 4.2.2稳频方法概述
0^8)jpL$<9 /D e^
4.2.3兰姆凹陷法稳频
]l(wg] 6Vbzd0dk 4.2.4饱和吸收法稳频
6Kj'Zy VL Cua%1]"4w 4.3激光束的变换
U7DCx=B ;_(PVo 4.3.1高斯光束通过薄
透镜时的变换
N*@aDM07 2EK%N'H 4.3.2高斯光束的聚焦
zP;cTF(C 3J=Y9 } 4.3.3高斯光束的准直
,=
&B28Qe) ?9X&tK)E- 4.3.4激光的扩束
_zu?.I0^ 7'-j %!#w 4.4激光调制技术
,\aUq|~ gXH[$guf 4.4.1激光调制的基本概念
`+/H^ 07/L }b`P 4.4.2电光强度调制
Ol')7d& \bx~*FaX 4.4.3电光相位调制
~kCwJ<E ^o !O)D-q 4.5激光偏转技术
4\& *E~VKx1 4.5.1机械偏转
o|j *t7 34QfgMy H 4.5.2电光偏转
TbehR:B5g j2P n<0U 4.5.3声光偏转
7DfTfTU6 M@thI%lR 4.6激光调Q技术
>l+E J3W sIl33kmv 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
5`<eKwls R4<lln:[ 4.6.2调Q原理
(#oycj^< pU!o7>p 4.6.3电光调Q
!tHt,eJy #2:a[
~Lf 4.6.4声光调Q
%Z8vdU# l CWO=0_>2 4.6.5染料调Q
K+T .o6+ %o}(sShS 4.7激光锁模技术
t +nRw?Z vSW
L$Y2 4.7.1锁模原理
z\/5 3Sy< Y&2aO 1 4.7.2主动锁模
]=!P(z| -K[782Q 4.7.3被动锁模
x>~p;z#VX U4N h 思考练习题4
!eJCM`cp MbXq`% 第5章典型激光器介绍
t!_x(u ^\:2}4Uj_ 5.1固体激光器
qXXGF_Q M_ ``'gw 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
uvA(Rn s~},y ]YV 5.1.2固体激光器的泵浦系统
'xFYUU]#T^ jLcHY-P0V 5.1.3固体激光器的输出特性
+@ VYs*&& r?l;I3~ 5.1.4新型固体激光器
P= H+ # MF[z -7 5.2气体激光器
1'G8o=~ J Lb6C 52 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
Ih1|LR/c 0W>9'Rw 5.2.2二氧化碳激光器
:[M[( c#b:3dXx9 5.2.3Ar＋离子激光器
B(l-}| m_ tLcEl'Eo 5.3染料激光器
$gp! w8 h S2~@nhO`U( 5.3.1染料激光器的激发机理
,f:
jioY ~DLIz g7p! 5.3.2染料激光器的泵浦
A 2x;fgi /'y5SlE[J 5.3.3染料激光器的调谐
F?Or;p5`Y |
W#~F&{] 5.4半导体激光器
j.3o W ][Y^-Ak1 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
MY- .t-3 "u u)2Xe 5.4.2PN结和粒子数反转
GoE#Mxh xo YDiN^ q7 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
\Kd7dK9&] / hdf{4 5.4.4同质结和异质结
半导体激光器
S 2$5!(P nR8 ]@c C 5.5其他激光器
1a9w(X i#,1 i VSG 5.5.1准分子激光器
um8AdiK /~}_h O$S 5.5.2自由电子激光器
>,h1 N$A+ zj]b&In6; 5.5.3化学激光器
~q% B[NJ^b| 思考练习题5
gw Qvao F(CRq`
第6章激光在精密测量中的应用
GYgWf1$8_D K="I<bK 6.1激光干涉测长
$
u2Cd4 Sa] mm/ G 6.1.1干涉测长的基本原理
PO
ko]@~!i U($^E}I2( 6.1.2激光干涉测长系统的组成
E _[ONm=, r#xk`a 6.1.3激光外差干涉测长技术
tE!'dpG5) MM_py!=>7 6.1.4激光干涉测长应用举例
~eo^`4O{{ |vy]8?Ak 6.2激光衍射测量
*1;23BiH - `=!p$hg($ 6.2.1激光衍射测量原理
rrQ0qg `I> ], J/ 6.2.2激光衍射测量的方法
6=>7M
b$ 6H ;k JHn 6.2.3激光衍射测量的应用
*4#on> 3%NE/lw1 6.3激光测距
o5#,\Y[ g >5i ?JUZ 6.3.1激光脉冲测距
}W
"(c YN_ *?W tj 6.3.2激光相位测距
h Z#\t GUCM4jVT^ 6.4激光准直及多自由度测量
p#b {xK k
E_ky) 6.4.1激光准直仪
r"]Oe$[# X'2 Gi 6.4.2激光衍射准直仪
9}whWh zZYHc?Z 6.4.3激光多自由度测量
Orc>.~+f%A &9 h 6.5激光多普勒测速
Ao!=um5D J )tPl<lb 6.5.1运动微粒散射光的频率
Fhi5LhWe+. aa= b<Cd 6.5.2差频法测速
Ij$)RSPtH l-=e62I{=| 6.5.3激光多普勒测速技术的应用
t|".=3%G 9<qx!-s2rr 6.6环形激光测量角度和角加速度
-CElk[u _&mc8ftT 6.6.1环形激光精密测角
aZ/yC S7 / T#o<D 6.6.2光纤陀螺
"sIN86pCs Eb7}$Ji\ 6.7激光环境计量
qq D0R*(C - ~0'a 6.8激光散射板干涉仪
C!kbZTO[p" (o{)>D 思考练习题6
z{V8@q/ ,|QU] E
@ 第7章激光加工技术
@_uFX!; 2E([#Pzb 7.1激光热加工原理
+TWJNI j>g9\i0O1 7.2激光表面改性技术
"
xxXZGUp |>[X<>m 7.2.1激光淬火技术的原理与应用
tJG (* fcn_<Yh0W 7.2.2激光表面熔凝技术
x F^ r` ep`/:iY W 7.2.3激光熔覆技术
X{|k<^: 1[#
=, 7.3激光去除材料技术
] d~MEa9Y| # m_\1&g 7.3.1激光打孔
;9Hz{ej p?KCVvx$ 7.3.2激光切割
*ig5Q(b*N ~EPjZ3 ? 7.4激光焊接
;p .j @]yQJuXA&Z 7.4.1激光热导焊
!zl/ 0o q2D`1nT 7.4.2激光深熔焊
<|wmjW/ D r}Q@VS% % 7.4.3激光复合焊
}" g@E-]N d OzO/ w& 7.5激光快速成型技术
1 w6. uJ7,rq 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点
u'{sB5 _ H ~mW>_[RT; 7.5.2激光快速成型技术
&8.z$} m N_|YOw6 7.5.3激光快速成型技术的重要应用
~ 6TfW~V 6pS Rum 7.6其他激光加工技术
oF` -cyj" pq@$&G 7.6.1激光清洗技术
;Ce 2d+K >hh"IfIZ4 7.6.2激光弯曲
C[^a/ P`i Q9SPb6O2 思考练习题7
a'c9XG} vBV"i9n 第8章激光在医学中的应用
?m`R%>X" d8 3+6d 8.1激光与生物体的相互作用
5Xla_@WLW CA'hvXb. 8.1.1生物体的
光学特性
E]D4'] cC*z j \O 8.1.2激光对生物体的作用
AJdlqbd'+ h%4 ~0 8.1.3激光对生物体应用的优点
<%T%NjNPQ zkw0jX~ 8.2激光在临床治疗中的应用
|J @| <PH3gyC 8.2.1激光临床治疗的种类与现状
P1vF{ e c'>8pd 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
Au%Wrk3j 0` zm>fh} 8.2.3激光在眼科中的应用
zhD `\&G. )i?{;%^ 8.2.4激光在泌尿外科中的应用
\L&qfMjW"Z L8%=k%H(1 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用
9;'>\ImI uugz IV) 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术
V_ avaE b3jU~L$ 8.2.7光动力学治疗
jp\JwE |O #w dnYW 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用
_,Io(QS ~j\;e 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断
k,o=1I H znI R 8.3.2激光断层摄影
_r^G%Mvy| u/K)y:ZZ 8.3.3激光显微镜
Sv CK;$: c9/
'i 8.4医用激光设备
A@lhm`Aa ? Ix'2v 8.4.1医用激光
光源 :ok!,QN j/; @ P 8.4.2医用激光传播用
光纤 ;nHo%`Zt X.W#=$;$: 8.5激光应用于医学的未来
8*Nt&`@ {&Gk.ODI7 8.5.1医用激光新技术
n[S4180 9< KD<; ?oN<O 8.5.2光动力学治疗的前景
\3@2rW"5 zrWq!F*-V\ 思考练习题8
6H . L!tUI (urfaZ;@+ 第9章激光在信息技术中的应用
3IRRFIiO EIVQu~,H 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器
-;DE&~p 1Tts3O . 9.1.1半导体激光器
NUO,"Bqq Y+Q,4s 9.1.2光纤激光器
5i
wikC=y ^FyvaO 9.1.3光放大器
<aQ; "O~
kAKqW7,q" 9.2激光全息三维显示
_|Kv~\G! Z-;uzx 9.2.1全息术的历史回顾
M,v@G$pW &t =>:C$1Y 9.2.2激光全息术的基本原理和分类
3K;b~xg`nw D ;T r 9.2.3白光再现的全息三维显示
D2wgSrY C.TC Dl 9.2.4计算全息图
%<#$:Qb. t h>yi)m 9.2.5数字全息术
>t6' 8g"T \Lh<E5@] 9.2.6全息三维显示的优点
1rzq$, O ."#jN><t 9.2.7全息三维显示的应用
&#EVE xL ]FnrbQ| 9.2.8全息三维显示技术的展望
![MDmt5Ub^ ?p/kuv{\o# 9.3激光存储技术
yP=isi#dDY _bV=G#qKK 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
j~0ZE
-e m3v* ,~ 9.3.2激光光盘存储
< c4RmnA /dP8F 9.3.3激光体全息光存储
x /Ky:
Ky eG)/&zQ8 9.3.4激光存储技术的新进展
U8I~co:h )9W# 5V$ 9.4激光扫描和激光打印机
cX]{RVZo-/ #5 "<.z 9.4.1激光扫描
f"=4,
QCY{D@7T 9.4.2激光打印机
eVK<%r= YKS'#F2 9.5量子光通信中的激光源
D+U/ ]sW y:`` |*+ 9.5.1量子光通信
'krMVC-
J5_
qqD) 9.5.2量子态发生器及应用
LB ^^e"
d4eC Bqx 思考练习题9
eR
2T<7G "aO, 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用
).`a-Pv F vk: c- 10.1激光核聚变
7JwWM2N?V tMk>Bx9[ 10.1.1受控核聚变
a} fS2He 4uVmhjT:X 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法
<!n Wiwv !'t2 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理
|+=:x]#vV e /#&5ISk 10.2激光冷却
.A[.?7g Pds*M?&F 10.3激光操纵微粒
Tb6x@MorP Q7aDl8L xn 10.3.1光捕获
z4`n% ~w1b `; %aQR 10.3.2微粒操纵
!P ^$g
R uU !i`8 10.4超越经典衍射极限的分辨率
ik NFW*p -&$%m)wN 10.4.1解析延拓
P FFw$\j >!p K94 10.4.2综合孔径傅里叶全息术
9i)mv/i .W .U:C1 10.4.3傅里叶叠层算法
a ^/20UFq @"7dk.| 10.4.4相干谱复用
P87Fg {:8[Md f 10.4.5非相干结构光
照明成像
Q&'Nr3H#tZ r.5Js*VX! 10.4.6超分辨荧光显微镜
Q+ M3Pqy _qo1 GM& 10.5激光光谱学
? bg pUv <RsKV$Je
I 10.5.1拉曼光谱
/;$ew ~} rbS= Ewk 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
IL"#T KKv o% 4+I> 10.5.3频率高分辨的双光子光谱
+! Ag n) R~(.uV`#j 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱
HON[{Oq 5|t& qUV 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术
z2zp c^i Lcb5 9Cs6e 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
*, *5s V = gyK*F(RK 10.6.1电磁波的正常多普勒效应
LMzYsXG*[ ! K)|e4$ 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
S60`'!y [B<{3*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
3yX^R^` P#1 y 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
\$UU/\ tqf-,BLh 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
Tj+WO6#V ]g!<5 w 思考练习题10
/ qze >Cc$ P 附录A随机变量
9:~^KQ{? Bv*h ?`Q A.1概率的定义和随机变量
7s i.] 'z5 ;o :T A.2分布函数和密度函数
`Yve
Nh-* Gt? A.3推广到两个或多个联合随机变量
O$^YUHD w $ HC! A.4统计平均
qm_E/B jGPs!64f) 附录B随机过程
% m$ Mn x _< Tz 1>j= B.1随机过程的定义和描述
mL+ps x+ 3Mt6iZW B.2平稳性和遍历性
|u=57II#xK -fn~y1 参考文献
Iqv
5lo
. |Dli6KN 
9r}} m0 7T78S&g （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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