激光原理及应用(第4版)

发布:cyqdesign 2020-03-30 17:35 阅读:4834
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。 :_^YEm+A  
LD5'4,%-  
X(1.Hjh  
i<T`]g  
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 A/.cNen  
kxO$Uk&TX  
1.1光的波粒二象性 [C&c;YNp  
;J _d%  
1.1.1光波 .!`j3W]  
]F_u  
1.1.2光子 MRa>@Jn??A  
gi`ZFq@  
1.2原子的能级和辐射跃迁 C/cyqxVl}  
;uJVY)7a  
1.2.1原子能级和简并度 EUNG&U  
oDRNM^gz  
1.2.2原子状态的标记 6m{3GKaW~  
g_q{3PW.  
1.2.3玻尔兹曼分布 O 8fh'6  
]l\J"*"aB  
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 4f1*?HX&  
ru U|  
1.3光的受激辐射 BvYJ!Vj  
f{vnZ|WD  
1.3.1黑体热辐射 2 o.Mh/D0  
ClEtw   
1.3.2光和物质的作用 N@) D,~  
R"tLu/Sn  
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 rzex"}/ly  
KUp lN1Sy  
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 lKa}Bcd  
mjw:Z,  
1.4光谱线增宽 tV T(!&(  
[k.<x'#  
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 L-Hl.UV  
y)=Xo7j  
1.4.2自然增宽 .|rpj&>g  
^v`|0z\  
1.4.3碰撞增宽 HWc=.Qq  
8L&#<Ol  
1.4.4多普勒增宽 _|#)tWy}  
{!<zk+h$  
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 6.k2,C4dT<  
}?H|9OS  
1.4.6综合增宽 76hi@7a  
Er%nSH^"  
1.5激光形成的条件 tW 9vo-{+  
05w_/l+  
1.5.1介质中光的受激辐射放大 O8M;q!)y  
+H+OYQ>^  
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 )K%AbKn  
&OsJnkY<<  
思考练习题1 &6!x;RB  
8?ZK^+]y  
第2章激光器的工作原理 rFGbp8(2  
4D0"Y #&G  
2.1光学谐振腔结构与稳定性 B1\}'g8%f  
P0|V1,)  
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 0<fN<iR`  
q.~_vS%  
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 1_f(;WOg  
<kp?*xV]]  
2.1.3稳定图的应用 6>zO"9  
=M>pL+#  
2.2速率方程组与粒子数反转 gP? pfFhG  
R9^Vk*`gFU  
2.2.1三能级系统和四能级系统 3u _[=a  
7<=xc'*8t  
2.2.2速率方程组 r 1nl!  
A+_361KH  
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 DFcgUEq  
P|l62!m<   
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 I ze+](  
lmf vT}$B  
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 =# <!s!  
!g'kWE[  
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 k+t?EZ6L  
I r]#u]Ap  
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 hxZ5EKBy  
N2#Wyt8MC  
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 ibAZ=RD  
rO[cm}  
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 VKqIFM1b  
f#f<Ii  
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 iHBetkAu  
]Dec/Nnj  
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 Ve)P/Zz}^  
|Tv}leJF  
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 Td(eNe_4T  
<hkSbJF  
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 wz`\R HL  
B8.a#@R  
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 n/9.;9b$I  
>-oB%T  
2.5激光器的损耗与阈值条件 Bm"-X:='  
*^ aEUp6&  
2.5.1激光器的损耗 ;YN`E  
! [3  /!  
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 W>#[a %R  
u1 Z;n  
2.5.3阈值条件 #ME!G/  
)_C+\K*  
2.5.4对介质能级选取的讨论 +}VaQ8ti4  
\rj>T6  
思考练习题2 JkShtLEr  
%cO^:  
第3章激光器的输出特性 \qf0=CPw8  
o|kiwr}Y  
3.1光学谐振腔的衍射理论 |E?PQ?P  
&L[i"1a  
3.1.1数学预备知识 5bB\i79$  
=fRC$  
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 ='vD4}"j  
u4#YZOiY)A  
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 0Ra%>e(I^  
;A6%YY  
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 $fCKK&Wy  
Uiv4'v Yg  
3.2对称共焦腔内外的光场分布 c>Tf@A og>  
5jq @ nq6  
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 q4ttmL8  
GaCRo7  
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 3,'LW}  
6:~<L!`&  
3.3高斯光束的传播特性 Z9G4in8  
sWmqx$  
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ?y-@c]  
P{L S +.  
3.3.2高斯光束的相位分布 uO>x"D5tZ:  
0bpGPG's&  
3.3.3高斯光束的远场发散角 ZZw2m@T>  
 Q'ZZQ  
3.3.4高斯光束的高亮度 \gu8 ~zK  
6j8\3H~  
3.4稳定球面腔的光束传播特性 &q&~&j'[  
#zv&h`gY  
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔  ,)uW`7  
g(auB/0s  
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 9M^5<8:  
LF `]=.Q  
3.5其他几种常用的激光光束 9@ 4]t6h[  
p$G3<Z&7  
3.5.1厄米-高斯光束 NT2XG& $W>  
k`o8(zPb  
3.5.2拉盖尔-高斯光束 tU$n3Bg  
,RDWx  
3.5.3贝塞尔光束 A;5_/ 2  
cNT !}8h^  
3.6激光器的输出功率 dDSb1TM  
Yecdw'BW?  
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 5t-d+vB  
QW'*^^  
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 C?k\5AzT  
W[k rq_c-  
3.7激光器的线宽极限 E7i/gY  
KwV!smi2  
3.8激光光束质量的品质因子M2 JB%_&gX)v  
w2!:>8o:  
3.9模式激光的某些一阶统计性质 j\wZjc-j  
(f^/KB=  
3.9.1单模激光的一阶统计性质 @-L\c>rqT  
U.V/JbXX  
3.9.2多模激光的一阶统计性质 c#CV5J\Kk3  
C~ A`h=A<  
思考练习题3 +=Q:g,kP  
R:(i}g<3  
第4章激光的基本技术 lxCAZa\  
S,C c0)j>  
4.1激光器输出的选模 4%zy$,|e  
+*xc4  
4.1.1激光单纵模的选取 Q=>5@sZB  
d2NFdBoI  
4.1.2激光单横模的选取 gG@4MXq.  
<7>1Z 82)  
4.2激光器的稳频 E24SD'|)  
:/%Y"0  
4.2.1影响频率稳定的因素 Kxa1F,dZ  
l.]wBH#RS  
4.2.2稳频方法概述 Xn?.Od(  
 3s| :7  
4.2.3兰姆凹陷法稳频 ,;5%&T  
mA$86 X_  
4.2.4饱和吸收法稳频 Z9NND  
mR1b.$  
4.3激光束的变换 SUIJ{!F/  
@%*2\8}C!  
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 $T#fCx/  
 *U6+b  
4.3.2高斯光束的聚焦 fzw:[z:%  
!q,7@W3i  
4.3.3高斯光束的准直 &o7PB` (l  
CbW[_\  
4.3.4激光的扩束 1<Mb@t  
IY8<^Q']  
4.4激光调制技术 KQb&7k .  
:*h1ik4t  
4.4.1激光调制的基本概念 J)y g<*/3  
d (x'\4(K  
4.4.2电光强度调制 1ig*Xp[  
?>{u@tYL  
4.4.3电光相位调制 U?Dr0wD;[  
+6l#hO7h  
4.5激光偏转技术 6M`gy|"(~  
rm ;U' &{  
4.5.1机械偏转 D!OY<?  
1$.svR  
4.5.2电光偏转 szhSI  
boCi*]  
4.5.3声光偏转 -0 <vmU  
l'_]0%o]  
4.6激光调Q技术 ,SNrcwv  
_aOs8#(X  
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q gm,AH85  
0,)2\`99#k  
4.6.2调Q原理 A D<>)(  
0>BI[x@  
4.6.3电光调Q %qo.n v  
1\UU"  
4.6.4声光调Q "_LqIW1   
L7aVj&xM  
4.6.5染料调Q Li|~%E1  
)D#}/3s  
4.7激光锁模技术 4H,c;g=!  
:L+ xEL  
4.7.1锁模原理 #9r}Kr=P  
Yb`b /BMR  
4.7.2主动锁模 z9OpMA  
jQ'g'c!  
4.7.3被动锁模 z8'zH>  
4G' E< ab  
思考练习题4 j!!s>7IZ  
e(a,nZF.  
第5章典型激光器介绍 YaSBIq{z  
S'qT+pP  
5.1固体激光器 =y@0i l+V  
 QtG6v<A  
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 w9<'0wcs  
n{M Th_C4n  
5.1.2固体激光器的泵浦系统 O9d"Z$~n=j  
0iZeU:FE  
5.1.3固体激光器的输出特性 UP)< (3YA  
d9U)O6=  
5.1.4新型固体激光器 &PL=nI\)  
Mb[4_Dc  
5.2气体激光器 $.$nv~f  
a?nK|Q=e  
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 \WTKw x  
<_t]?XHB[  
5.2.2二氧化碳激光器 "&f|<g5  
l#T %N@X  
5.2.3Ar+离子激光器 |5dNJF8;Q  
b/m.VL  
5.3染料激光器 QgYt(/S  
0{ B<A^Bf  
5.3.1染料激光器的激发机理 :vEfJSA 1<  
|O>e=HC#q8  
5.3.2染料激光器的泵浦 #o} /'  
:w5g!G?z  
5.3.3染料激光器的调谐 ;>6~}lMgJ  
{*hvzS{1d  
5.4半导体激光器 N2}Y8aR~  
Rzs u 7w  
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 D=3Z] 'A  
c-(dm:  
5.4.2PN结和粒子数反转 /ivVqOo  
fUY05OMZ  
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 .-T P 1C  
*tRsm"}  
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 KFO K%vbM  
zb4@U=?w}  
5.5其他激光器 `W+-0F@Y?@  
~/JS_>e#6P  
5.5.1准分子激光器 W/t,7lPFb  
D]"W|.6@  
5.5.2自由电子激光器 <a=OiY  
+HUy,@^ Pa  
5.5.3化学激光器 CP2wg .  
T+B-R\@t  
思考练习题5 G}l9 [lE  
6QT&{|q=  
第6章激光在精密测量中的应用 Cc{{9Ud  
wN%lc3[/z2  
6.1激光干涉测长 -R]~kGa6m<  
H?Sv6W.~  
6.1.1干涉测长的基本原理 nu1XT 1q1  
aj1,h)P  
6.1.2激光干涉测长系统的组成 GJQ>VI2cY  
P`Now7! GW  
6.1.3激光外差干涉测长技术 Pvt!G  
(X\]!'A  
6.1.4激光干涉测长应用举例 :5j+^/   
6qTMHRI  
6.2激光衍射测量 u0=&_Q(=  
5HHf3E [  
6.2.1激光衍射测量原理 zvq}7,  
oidK_mU9q  
6.2.2激光衍射测量的方法 73'AQ")UJ  
=ca[*0^Z7  
6.2.3激光衍射测量的应用 t@MUNW`Q  
4<PupJ  
6.3激光测距 k+"7hf=C|  
R(&3})VOa  
6.3.1激光脉冲测距 1Vz^?t:  
V{q*hQd_3  
6.3.2激光相位测距 E`qX|n  
$*N(feAs  
6.4激光准直及多自由度测量 Y-1K'VhT  
ge?0>UU;~  
6.4.1激光准直仪 [$d]U.  
E24}?t^|  
6.4.2激光衍射准直仪 k1yqe rA  
J> ,w},`  
6.4.3激光多自由度测量 3!sZA?q  
*$R9'Yo}F  
6.5激光多普勒测速 hPG@iX|V  
o(?9vU  
6.5.1运动微粒散射光的频率 [) >Yp-n  
8|\ -(:v  
6.5.2差频法测速 G;wh).jG5  
) ] Ro  
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 s.;'-oA  
:~W(#T,$E  
6.6环形激光测量角度和角加速度 9SA%'  
N\.g+ W  
6.6.1环形激光精密测角 ? -3G5yy  
BKI-Dh  
6.6.2光纤陀螺 SD%3B!cpX  
[X]hb7-&  
6.7激光环境计量 IaRwPDj6  
' CJ_&HR  
6.8激光散射板干涉仪 dZ* &3.#D5  
ARnq~E@1  
思考练习题6 ,+h<qBsV@  
I H#CaD  
第7章激光加工技术 v)|a}5={  
NW;_4g4qE  
7.1激光热加工原理 6nsb)7a  
+T*? ?OW@  
7.2激光表面改性技术 _PC<Td>nm  
l'2vo=IQ  
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 {hf_Xro&  
Ny`SE\B+/  
7.2.2激光表面熔凝技术 |cuKC \  
y,jpd#Y  
7.2.3激光熔覆技术 xqlnHf<G  
nI(w7qhub  
7.3激光去除材料技术 ume70ap}m  
T.;U~<  
7.3.1激光打孔 "B"ql-K  
? ][/hL@[  
7.3.2激光切割 XJl 3\*  
!J{[XT  
7.4激光焊接 v&9:Wd*Iz'  
"9Q_lVI|Q  
7.4.1激光热导焊 %M8Q6  
4/3w *  
7.4.2激光深熔焊 YaQ5Z-c  
8~.8"gQ  
7.4.3激光复合焊 >bhF{*t#;y  
vF@|cTRR)  
7.5激光快速成型技术 g.;2N9  
&ns??:\+T  
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 N;}X$b5Y @  
>OjK0jiPf  
7.5.2激光快速成型技术 ?l @=}WN  
zt|1tU:  
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 yF |28KJ  
r~,3  
7.6其他激光加工技术 apM)$  
:]8A;`G}  
7.6.1激光清洗技术 *N{k#d/  
cL#zE  
7.6.2激光弯曲 QiVKaBS8  
`8\" 3S  
思考练习题7 Lew 2Z  
!VudZ]Sg  
第8章激光在医学中的应用 O\]{6+$fm!  
wF6a*b@v  
8.1激光与生物体的相互作用 pD~."fb  
37tJ6R6[  
8.1.1生物体的光学特性 .]<iRf[\[  
N0K <zxR  
8.1.2激光对生物体的作用 `tKs|GQf  
]D2 d=\  
8.1.3激光对生物体应用的优点 pA@R,O>zr  
.ubZ  
8.2激光在临床治疗中的应用 Y~#.otBL&  
\qG` ts  
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 JV !F<  
*Kq;xM6Ck  
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 8r0;054  
XA69t2J~F  
8.2.3激光在眼科中的应用 iM8l,Os]<f  
?AI`,*^  
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 ka_R|x G\  
0Uk;&a0s  
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 E( *CEW.V*  
Nh4&3"g|  
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 t|UM2h  
cvtn,Ml6  
8.2.7光动力学治疗 Yfz`or\@=  
{p(6bsn_#]  
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 /kO%aN  
'8@4FXK  
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Mt~2&$>  
)g U#[}6H  
8.3.2激光断层摄影 mD?={*7%  
>pq=5Ha&  
8.3.3激光显微镜 qyY/:&E,Z  
$ 93j;  
8.4医用激光设备 cj#.Oaeq*  
[ 4PiQyr  
8.4.1医用激光光源 m'ZxmsFo  
$JK,9G[Vu  
8.4.2医用激光传播用光纤 P}!pmg6V  
G*zhy!P  
8.5激光应用于医学的未来 UH5A;SrTqR  
rPifiLl A>  
8.5.1医用激光新技术 "1Y DT-I"  
Vk1 c14i>  
8.5.2光动力学治疗的前景  bWZzb&  
uxW<Eh4H*  
思考练习题8 i$!K{H1{9  
6D*x5L-1o  
第9章激光在信息技术中的应用 Fj&8wZ)v)  
h{ EnS5~  
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 3X`N~_+  
+\cG{n*  
9.1.1半导体激光器 '|yBz1uL  
P@Pe5H"o  
9.1.2光纤激光器 Te>m9Pav  
EPEn"{;U  
9.1.3光放大器 \LM{.g zT  
_+0c<'  
9.2激光全息三维显示 fQ2U |  
Z?."cuTt  
9.2.1全息术的历史回顾 "3Ckc"G@  
AASS'H@  
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 FaG&U  
AnBD~h h  
9.2.3白光再现的全息三维显示 ?ViU%t8J5  
9*[!ux7h  
9.2.4计算全息图 1#vi]CX  
r{Z4ifSl(  
9.2.5数字全息术 ^`9O$.'@  
]_! . xx>  
9.2.6全息三维显示的优点 0P4g6t}e  
Y0o{@)Y:  
9.2.7全息三维显示的应用 2)|G%f_lS  
U/{#~P5s  
9.2.8全息三维显示技术的展望 VzuU 0  
Gmmh&Uj  
9.3激光存储技术 uNvdlY]  
6J3<k(#:  
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 $69d9g8-(!  
_6\"U5*Y  
9.3.2激光光盘存储 edfb7prfTl  
/+?eSgM/  
9.3.3激光体全息光存储 GrM`\MIO  
S@WT;Q2Z  
9.3.4激光存储技术的新进展 (ZD~Q_O-  
p $,ZYF~  
9.4激光扫描和激光打印机 *V@t]d$=#  
%Lfy!]Ru  
9.4.1激光扫描 @`rC2-V  
BvpUcICJ  
9.4.2激光打印机 Rs "#gT  
EzXi*/  
9.5量子光通信中的激光源 < _ <?p&  
h"ATRr^  
9.5.1量子光通信 )JA^FQ5N  
T $o;PJc  
9.5.2量子态发生器及应用 n,b6|Y0  
81S0:=   
思考练习题9 vF'Y; M  
249DAjn+  
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 d+IN-lR(  
_#6*C%ax  
10.1激光核聚变 ,o6,(jJU  
HurF4IsHk  
10.1.1受控核聚变 Zy^ wS1io  
#} `pj}tQ  
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 ?l ](RI  
oSkvTK$ &i  
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 ~Z$Ro/;l  
#i-b|J+%  
10.2激光冷却 lN[#+n  
L=kETJ:g  
10.3激光操纵微粒 n@//d.T  
W,[iRmxn  
10.3.1光捕获 Z" dU$ ,n  
mZL0<vU@^  
10.3.2微粒操纵 .;%`I  
=nG>aAG  
10.4超越经典衍射极限的分辨率 _/h<4G6A  
H:,Hr_;nC  
10.4.1解析延拓 'OsRQ)E  
-@mcu{&  
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 :2AlvjvjZ  
p1 mY!&e(  
10.4.3傅里叶叠层算法 p)*x7~3e  
u~1 ,88&U  
10.4.4相干谱复用 +Sg+% 8T  
W%< z|  
10.4.5非相干结构光照明成像 x{$/|_  
N=c{@h  
10.4.6超分辨荧光显微镜 7J5Yzu)D  
w)"F=33}5  
10.5激光光谱学  ~5n?=  
UMlvu?u2p1  
10.5.1拉曼光谱 xgZ<. r  
OA&r8WK3  
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 !.w|+-JKO  
X6n8Bi9Ik  
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 t9&=; s  
HnY.=_G  
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 k~=P0";  
X@%4N<  
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 qDjH^f  
Bh()?{q  
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 I\('b9"*  
hj=k[t|g}  
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 Cuo"6, M  
XZj3x',;  
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 f:ep~5] G  
Dx.hM[  
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 8n/[oDc]  
jN!sL W  
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 kf_*=ER  
@Zfg]L{Lr  
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 x=V3_HI/}  
{"\pMY'7  
思考练习题10 E4xybVo@  
__)"-\w-_(  
附录A随机变量 9&1$\ZH  
BqDOo(%1)  
A.1概率的定义和随机变量 , 4@C%  
kDc/]Zb%  
A.2分布函数和密度函数 cEEnR1  
UX)QdT45Mh  
A.3推广到两个或多个联合随机变量 NP$ D9#   
phy:G}F6%  
A.4统计平均 z#+Sf.  
]v0=jm5A  
附录B随机过程 k j&hn  
&}VVr  
B.1随机过程的定义和描述 B'D~Q  
[B%:!Q)@  
B.2平稳性和遍历性 u\=yY.   
l/56;f\IA  
参考文献 6tup^Rlo;$  
2z9N/SyN  
+e&Q<q!,q  
6#kK  
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关键词: 激光原理
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qqqoooppp 2021-01-08 09:32
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小康的天空 2021-04-11 19:57
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liaoxiangyu 2021-04-14 17:52
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