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。 .!0Rh9yyl M(K7xx+G  rDbtT*vN {cOx0= 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 Q c&Y|]p" MQx1|>rG 1.1光的波粒二象性 z{\tn.67 l W-h
@ 1.1.1光波 XWS]4MB+vm YSt*uOZK 1.1.2光子 `G\Gk|4; 2 saiXFM 7J 1.2原子的能级和辐射跃迁 [O&}Qk B t}90# 1.2.1原子能级和简并度 XK3O,XM &T0] tzk*, 1.2.2原子状态的标记 K=JDl-#! L +Uq4S^ 1.2.3玻尔兹曼分布 6JZ>&HA ,m?V3xvq 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 x O>z
)3A r[}nr H&8 1.3光的受激辐射 JFX}))7 c(
U,FUS 1.3.1黑体热辐射 {!wW,3|Pu D|)_c1g 1.3.2光和物质的作用 1 q-;+Pd; qm><}N7f 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 RVwS<g)~1 n8; p]{ 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 4>V@+#Ec5
b7\> = 1.4光谱线增宽 y@I 9>}"y 77[TqRLf 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 7afG4
(<k 6}I X{nQI 1.4.2自然增宽 Kq Jln)7 Pa Q lQ# 1.4.3碰撞增宽 &-Ch>:[
e_Hpai<b 1.4.4多普勒增宽 I@Hx
LEGj 6#*_d,xQT 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 b5=|1SjR 0*5Jq#5 1.4.6综合增宽 (BP p2^ WJONk_WAc 1.5激光形成的条件 l3 F$5n P7=`P 1.5.1介质中光的受激辐射放大 o"BED! / /mz.HCs 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 6Y ]P 7j {Dl@/fz 思考练习题1 mm +V*L{x vi^ YtA 第2章激光器的工作原理 GIE QD$vy JYw? 2.1光学谐振腔结构与稳定性 :
pUu_ p
P@q
` 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 bLG7{qp tT )s,R% 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 3GE;:;8B oH0g>E; 2.1.3稳定图的应用 , v } ) xS12$ib ~G 2.2速率方程组与粒子数反转 m85Z cyW1T q>BJ:_I
i 2.2.1三能级系统和四能级系统 ZKEoU! V;S V0~& 2.2.2速率方程组 *Oy*
\cX2[ ";7 N$hWE 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 8Snv, Lb`^ ^$'z#ZN1 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 Mo N/?VA :tO4LEb 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 )-[$m% .q ohHJ& 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 QObVJg,GD [Lje?M* r 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 QAxy ?m,' s(fkb7W,gO 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 R7(XDX=[ s [ Lji LKW 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 wg0 _J<y] pJ8F+`* 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 |g}r meV Z_f/ 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 HN367j2 e NbU4|O i 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 z{ eZsh
b YFu,<8"swe 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 # A4WFZ f9#srIx+ 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 L3 oL>r'| $S<B\\
% 2.5激光器的损耗与阈值条件 ,}W| cm> <& PU%^Ha 2.5.1激光器的损耗 x f{`uHa8 B <BS^wa U 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 &@@PJ!& z@e(y@ 2.5.3阈值条件 C1_0 9Vc C=oeRc'r1W 2.5.4对介质能级选取的讨论 l:@=9Fp> WxYEu +_ 思考练习题2 d:>^]5cE& 0U% tjYk( 第3章激光器的输出特性 zMp vS rc )=gU~UV 3.1光学谐振腔的衍射理论 y7h^_D+Ce L9e<hRZ$ 3.1.1数学预备知识 /PSXuVtu5 -?#iPvk6 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 |)>+&
xk 36co 'a4, 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 bR~Xog 2>X yrG 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 c0e[vrP: ,OwTi:yDr 3.2对称共焦腔内外的光场分布 MXl_ {8 ML|?H1m> 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 B2$cY;LH 4Dzg r,V 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 V /\Y(Mxc c ZYvP 3.3高斯光束的传播特性 ]pB5cq7o w3
vZ}1| 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ]Kjt@F"; AfO.D ?4x 3.3.2高斯光束的相位分布 u!~kmIa4 dKEy6C"@ 3.3.3高斯光束的远场发散角 a,4GE' 2K/t[.8 3.3.4高斯光束的高亮度 6`'g ${ U 2Jiy`(P 3.4稳定球面腔的光束传播特性 >3b<
Fq $ l v:GiA"X 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 @ ^ta)Ev qF(i1# 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 /,~]1&?}1 <%w TI<m,- 3.5其他几种常用的激光光束 g*FHZM*N9 `2+TN 3.5.1厄米-高斯光束 MaPhG<? Xsanc@w)^C 3.5.2拉盖尔-高斯光束 eV(.\L j O251. hXK 3.5.3贝塞尔光束 xv147"w'v ]b;a~Y0 3.6激光器的输出功率 fO5L[U^` {I0!q"sF 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 _-{=Z=?6} z" z$.c 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 -0;{ >mvE[iXRG? 3.7激光器的线宽极限 \>"Zn7 lz>.mXdx 3.8激光光束质量的品质因子M2
Rq2bj_ j Av n-Ug 3.9模式激光的某些一阶统计性质 ->{ \7|^ 2 7dS.6 3.9.1单模激光的一阶统计性质 Z;+;_Cw 5IzCQqOPgX 3.9.2多模激光的一阶统计性质 ^j.3'}p p;o "i_! 思考练习题3 =C(BZ+-^ Sa)L=5Nr 第4章激光的基本技术 {_4Hsw?s6 Y@UW\d*'%I 4.1激光器输出的选模 Y/m-EL c"CR_ 4.1.1激光单纵模的选取 l(3PxbT *h?}~!AjY 4.1.2激光单横模的选取 7 ,?ai6{ Y*lc ~X 4.2激光器的稳频 wS$ 'gKA6 $@^\zg1n 4.2.1影响频率稳定的因素 I
WT|dA > <ldArZ4C4 4.2.2稳频方法概述 w0=/V[fs t=:5?}J.Q$ 4.2.3兰姆凹陷法稳频 c?c"|.-<p =*-a c 4.2.4饱和吸收法稳频 XF3lS#pt 7r(c@4yPI 4.3激光束的变换 d"3x 1 1| (IHR {m 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 :SMf
(E 5 %F-yF N" 4.3.2高斯光束的聚焦 ?a, `{1m0\ J1M9) , 4.3.3高斯光束的准直 P()&?C D}ZPgt#
4.3.4激光的扩束 pK>/c>de gm:Y@ 6W 4.4激光调制技术 #QOb[9(Tu( h^WMv
*2 4.4.1激光调制的基本概念 VJr ~h
"[ S?'L%%Vo 4.4.2电光强度调制 i(# Fjp voP #}fD 4.4.3电光相位调制 6khm@}} 1csbuR? 4.5激光偏转技术 SBi4i;qD (Y PG4:[ 4.5.1机械偏转 B/~ubw #~ |esr/wf 4.5.2电光偏转 w 17{2'] ^h`rA"F\ 4.5.3声光偏转 =@P(cFJ/ VqOTrB1w/ 4.6激光调Q技术 ^s=F<_{ ^6CPC@B1 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q :Xx7':5 =(,kjw8 8w 4.6.2调Q原理 mxc ^IRj S!R (ae^} 4.6.3电光调Q Q"LlBp>t|# &MrG ,/ 4.6.4声光调Q gV 5mERKs C}o^p"M*B3 4.6.5染料调Q [[4!b E d-8g 4.7激光锁模技术 .b2%n;_>. "zIQ(|TL?d 4.7.1锁模原理 Y\(?&7Aax K_X( j$2Xc 4.7.2主动锁模 UrS %t>6k ]h= y 4.7.3被动锁模 nu16L$ ] Sc]h^B^7 思考练习题4 D/2 ;b;- 7Z81+I|&8 第5章典型激光器介绍 %we! J%'Y] d5W = ? 5.1固体激光器 M?ElD1#Z q6
4bP4K 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 PB{5C*Y7^k 2m&?t_W 5.1.2固体激光器的泵浦系统 #
o\&G@e} w/fiNY5FZ 5.1.3固体激光器的输出特性 H Mfhe[A? _oU~ S$ hO 5.1.4新型固体激光器 DK%@ [D $fW8S8 5.2气体激光器 ugW.nf*O !ZN"(0#qz 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 AeW_W0j ev yA#~o 5.2.2二氧化碳激光器 A6Wtzt2i Wb{8WPS 5.2.3Ar＋离子激光器 '&y+,2?;Y[ | e&hm
~R1 5.3染料激光器 =vKSvQP@) s:sk`~2<gd 5.3.1染料激光器的激发机理 %bTXu1 + |O& k 5.3.2染料激光器的泵浦 wH qbTA 8{-bG8L> 5 5.3.3染料激光器的调谐 7(zY:9|( 04#r'UIF 5.4半导体激光器 HD}3mP g\?7M1~ 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 I}/-zyx>= pW2-RHGJY 5.4.2PN结和粒子数反转 @0%^\Qf2 kc" SUiy/ 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 Ktf lbI! G^w :c] 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 `S/;S<' ; gG46hO-M%x 5.5其他激光器 R<8! lQ4s 0hju@& Aa 5.5.1准分子激光器 '.tg\]| v6KF0mqA& 5.5.2自由电子激光器 2-u9% 3C;nC?]K 5.5.3化学激光器 0$q )uip ;jT@eBJ 思考练习题5 dmE.yVI"O f!##R-A 第6章激光在精密测量中的应用 " [ K>faV oOy_2fwZPp 6.1激光干涉测长 Z|$OPML X C?VNkBJ>\ 6.1.1干涉测长的基本原理 t9m08K:Y X\LiV{c 6.1.2激光干涉测长系统的组成 M!b" c4|< Q|:qs\6q5 6.1.3激光外差干涉测长技术 {vAv ; m SH M@H93 6.1.4激光干涉测长应用举例 R9lb<` ioS(;2F 6.2激光衍射测量 ;_= +h,n 8Ir
= @ 6.2.1激光衍射测量原理 0N>R!
%u02KmV. 6.2.2激光衍射测量的方法 <Yy|.=6 D 4BAG GD2 6.2.3激光衍射测量的应用 0:4w@"Q =GSe$f? 6.3激光测距 L)j<;{J/Q0 dgM@|&9*m 6.3.1激光脉冲测距 'z3I*[! X=i",5; 6.3.2激光相位测距 |4|j5<5 k'JfXrW<! 6.4激光准直及多自由度测量 16R0#Q/{+* YB'BAX<lI 6.4.1激光准直仪 5] yby"Z?} ptEChoZ6 6.4.2激光衍射准直仪 "Z*u2_ H ORP-@-dap 6.4.3激光多自由度测量 L4-v' Z; o+^5W 6.5激光多普勒测速 {pyTiz#JY zsuXN * 6.5.1运动微粒散射光的频率 &+ zS4)UK 6E@qZvQ 6.5.2差频法测速 }:a:E~5y R\d)kcy4 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 Doc_rQYku Tg ~SGAc 6.6环形激光测量角度和角加速度 tDIQ= TdWatvY5p 6.6.1环形激光精密测角 Y ]6kA5 @j|=M 7B 6.6.2光纤陀螺 'WQ ?%da UCVdR<<Z 6.7激光环境计量 s'Wu \r' %d"d<pvx 6.8激光散射板干涉仪 u</LgOP`- _[t:Vm e}v 思考练习题6 G"|`&r@ !{%BfZX<& 第7章激光加工技术 qz6@'1 ;2jH;$HZ 7.1激光热加工原理 Gj H$!P=. GP{$w_'!J0 7.2激光表面改性技术 N(=Z4Nk5 hX9vtV5L 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 nBJ'ak @\s*f7 7.2.2激光表面熔凝技术 ~duF2m 72 GZWU=TC2{2 7.2.3激光熔覆技术 Cu&y',ee~ ur K~]6 8 7.3激光去除材料技术 Sahz*f iw\yVd^]:k 7.3.1激光打孔 j;SK{Oq V Bv |7S 7.3.2激光切割 *9O@DF&*6 Vc*"Q8aZ~ 7.4激光焊接 ,zVS}!jRhy ^2)<H7p 7.4.1激光热导焊 7w51U mO ^LAnR>mz^r 7.4.2激光深熔焊 '4"c#kCKL !\Vc#dslt 7.4.3激光复合焊 _`.Wib+ 5D xNHEuS 7.5激光快速成型技术 <e'/z3TbRW {U"=}j( 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 5u=> ~yK+ _{&bm E 7.5.2激光快速成型技术 o'J^kd` BHN EP |= 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 ^aR^M\38 t5RV -$ 7.6其他激光加工技术 </]a`h] eY\w ?pT2 7.6.1激光清洗技术 /^hc8X jT=fq'RK 7.6.2激光弯曲 %fMFcL#h ]e6$ ={ 思考练习题7 !q!5D` i[ /`9 AK 第8章激光在医学中的应用 $|m'~AmI P"f4`q
8.1激光与生物体的相互作用 *3\ N j6 "6q@}sz! 8.1.1生物体的 光学特性 ke b.%cb= S\L^ZH?[2 8.1.2激光对生物体的作用 zmhL[1qj _lrvK99 8.1.3激光对生物体应用的优点 U%)-_
*`z =A{s,UP 8.2激光在临床治疗中的应用 Zk~~`h d.$0X/0 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 d.yATP %f 5c,} 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 %>- ?oor T/234;Uf| 8.2.3激光在眼科中的应用 hip't@.uE o1R:1!"2 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 >S>B tR l Zu /w[*;M 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 bT15jNa >|aVGY 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 m:6*4_! aGNb Cm 8.2.7光动力学治疗 V3(8?Fz. i} 5M'~ F 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 .iYp9?t B ?l 0u 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 GT,1t=|&V CsEU:v 8.3.2激光断层摄影 c 5 `74g |3 mcL' 8.3.3激光显微镜 t:"%d9]
35J VF*z 8.4医用激光设备 dU -nE5 RFPcH8-u7 8.4.1医用激光 光源 n0Qp:_2z DE+k'8\T 8.4.2医用激光传播用 光纤 OwPXQ 3S Nq1YFI>W 8.5激光应用于医学的未来 }W0 _eQ 0#CmB4!<O 8.5.1医用激光新技术 mVEIHzk2b g}d[j
I9 8.5.2光动力学治疗的前景 2!R+5^Iy p'A43 思考练习题8 D$+g5u) 3L36
2 第9章激光在信息技术中的应用 jq%}=-%KE ~O Wpk)Vq 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 m d `=2l <}T7;knO 9.1.1半导体激光器 +8Y|kC{9" .03Rp5+v 9.1.2光纤激光器 &?}A/(# Rg^ps 9.1.3光放大器 l6zYiM J9MA nYd)i 9.2激光全息三维显示 ^ *w}+tB eD8e0
D'S 9.2.1全息术的历史回顾 aW}d=y[ [8Fn0A 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 V" B /4v> uPxJwWXO 9.2.3白光再现的全息三维显示 'uF75C O`5h j q# 9.2.4计算全息图 virt[5 w z;MP p#Y 9.2.5数字全息术 dL_9/f4 e]5NA?2j 9.2.6全息三维显示的优点 J=&}$ 34Cnbtq^ 9.2.7全息三维显示的应用 j#xGB] FmhAU e 9.2.8全息三维显示技术的展望 WZTAXOw 'rTJ *1i 9.3激光存储技术 t1G__5wp =k>fW7e 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 YrYmPSb= `sDLxgwI 9.3.2激光光盘存储 RB6Q>3g iXq*EZb"R 9.3.3激光体全息光存储 OL%}C*Zq MiR$ N 9.3.4激光存储技术的新进展 D)Ep!`Q
mkhWbzD'S 9.4激光扫描和激光打印机 W 1u!&:O hC9EL=
A 9.4.1激光扫描 slhMvHOk- K7@| 2;e 9.4.2激光打印机 5E*Qqe L|L|l iWd 9.5量子光通信中的激光源 !zvOCAb, )0DgFA6k_ 9.5.1量子光通信 SUv ' cld 3 ,K\ZUU., 9.5.2量子态发生器及应用 s;..a &C' Xk/i yp/ 思考练习题9 axDa&7% !dUdz7 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 q]?)c 3fA+{Y8S 10.1激光核聚变 {bR2S&=OmK H= \Tse_. 10.1.1受控核聚变 i]J.WFu ^G2M4+W| 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 <h ;_: k5J18S 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 *8uS,s6g N / ' 10.2激光冷却 znSlSQpTv P3n#s2o6y 10.3激光操纵微粒 q
|FOU REYvFx?i 10.3.1光捕获 a
DXaQ LokH4A17U 10.3.2微粒操纵 9_nbMs K~2sX>l 10.4超越经典衍射极限的分辨率 &3;"$P 1KbZ6Msy 10.4.1解析延拓 ^)I}# UCK;?] 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 -*Rf [|Z v|\#wrCT? 10.4.3傅里叶叠层算法 \HkBp& bqK :CK`v6 Qs 10.4.4相干谱复用 B :S8{ WJu(,zM?G 10.4.5非相干结构光 照明成像 ]z5hTY I.G[|[. Do 10.4.6超分辨荧光显微镜 Rg UQ: 4L ]4WVc 10.5激光光谱学 </D.}ia |JF,n~n 10.5.1拉曼光谱 U._fb= `e~i<Pi 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 J(@" 7RX WW{_D 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 A%?c1`ZxF U;4i&=.! 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 7<*0fy5n n 8a`3eM~?[ 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 {:*G/*1[ . CH Z/@gc 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 TWGn: mi wpt$bqs|1 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 @&`^#pok 1 :$#a 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 2T)k-3 )B"{B1( 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 _pZ
< y< j 7iN 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 nOd;Zw G+Z ,i c 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 G4*&9Wo 8s2y!pn 7Q 思考练习题10
[?|yQ x r7g @(K 附录A随机变量 :wXiz`VH LKp ; sV A.1概率的定义和随机变量 .\T!oSb4[ 7g N;9pc$ A.2分布函数和密度函数 ][tR=Y#&y5 _AX,}9 A.3推广到两个或多个联合随机变量 -dO8Uis$ Uq_l T, A.4统计平均 u&uFXOc' ;$zvm `|: 附录B随机过程 ;`LG WT-<F j0~am,yZ B.1随机过程的定义和描述 97\K ] Tr ;22?-F^ B.2平稳性和遍历性 COu5Tu^ Y:O|6%00Y 参考文献 C]8w[)d[`; \V!{z;.fA  *cCx] C.~ %q3`k#?< （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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