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。
mqk~Pno|< E`>-+~ZUsk 
l_u1 ~ K /yIkHb^c 第1章辐射理论概要与激光产生的条件
q:-8W[_ sRo%=7Z 1.1光的波粒二象性
> K,Q`sS lMp)T** 1.1.1光波
pr/yDG ia _p7c<$ ; 1.1.2光子
FgRlxz J']1 ^"_' 1.2原子的能级和辐射跃迁
&^1DNpUZ m$A|Sx&sG$ 1.2.1原子能级和简并度
V_!hrKkL ]BCH9%zLj 1.2.2原子状态的标记
npz *4\4 R3&W.?C
T 1.2.3玻尔兹曼分布
-U"(CGb5 ?`,UW; Br6 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁
I2%{6g@ sxl29y^* 1.3光的受激辐射
" 9 h]P^ M'HmVg4' 1.3.1黑体热辐射
h5x FP Az6f I*yP 1.3.2光和物质的作用
+WK!}xZR . 5|wy< 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
&K )c*' l O h~J yrZy 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
#+QwRmJdT! I 8`@Srw8 1.4光谱线增宽
Fc7mA V= (<(8(} x 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
&B Cl>^wn} Yc /rjEn7O 1.4.2自然增宽
ed2QGTgR UbJ_'>hK 6 1.4.3碰撞增宽
Cz
J ze {Aj}s3v 1.4.4多普勒增宽
5X nA.?F^ tH2y:o 72 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
XJC|6"n }X)mZyM [ 1.4.6综合增宽
m /JpYv~ 3uz@JY"mK 1.5激光形成的条件
zm9>"(H < :2El9l! 1.5.1介质中光的受激辐射放大
/{d7%Et6 F.?^ko9d 1.5.2光学谐振腔和阈值条件
t@ >Uc`% 7z)Hq./3@ 思考练习题1
<E|i3\[p 7<mY{!2iF? 第2章激光器的工作原理
7*M+bZ`x c#
U! Q7J 2.1光学谐振腔结构与稳定性
TV#pUQ3K {2}O\A 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件
-k|r#^(G2 % /CCh;N# 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类
Im+<oZ C3u/8Mrt7 2.1.3稳定图的应用
BEx?
bf@|] #O/ihRoaO 2.2速率方程组与粒子数反转
D?)9 1 P/R x D,BlDV 2.2.1三能级系统和四能级系统
"e0$/WQ6J * h!gjbi 2.2.2速率方程组
>93vMk~hU e]'ui<` 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布
:,Q\!s! cclx$)X1X 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布
?V4?r2$c ^J< I
Ia4 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
5(^&0c>P UIi;&[ 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
C,P>7 O[U^{~iM 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
' ]WS@MbJ y$Sn3_9 V 2.3.1均匀增宽介质的增益系数
casva; WolkW:(Cg 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和
$d3al%Uo aJ}y|+Cj 2.4非均匀增宽介质的增益饱和
/ Of*II& n#Q ;b Sw 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
{~_X-g5|] ] +<[D2f 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
0/S|h"-L
V##=-KZ 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
pwtB{6)VH{ LuM:dJ 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
?n)d: )Ud" NGc d 2.5激光器的损耗与阈值条件
_dky+ E -~ \R.<+ 2.5.1激光器的损耗
y{
%2Q) zePVB -@u 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程
HT0VdvLw 4$#nciAe 2.5.3阈值条件
S .p L^Ru +!h~T5Ck 2.5.4对介质能级选取的讨论
8 [\F*H j*+[=X/ 思考练习题2
8yij=T* b;G3&R] 第3章激光器的输出特性
0tyoH3o/d _&)^a)Nu 3.1光学谐振腔的衍射理论
K X D&FDkF meey5} 3.1.1数学预备知识
Y "6
' _<s[HGA`z 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
VPW@y Yef=HS zo 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
}% Mj`Bh - < D7 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
7iMBDkb7 m}ZkNWH 3.2对称共焦腔内外的光场分布
o81RD#>E) ,' VT75 3.2.1共焦腔镜面上的场分布
eB%hP9=:x ~Cc %! 4f' 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
9 Rl-Jz8g [rk*4b ^s 3.3高斯光束的传播特性
t6u>_Sh e KYa}k0tVAp 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布
qaJ$0,]H+ riw0w 3.3.2高斯光束的相位分布
.)=T1^[hI NZT2ni4 3.3.3高斯光束的远场发散角
>=Bl/0YH ! |4fww 3.3.4高斯光束的高亮度
" /H B# 6d~[j <@2 3.4稳定球面腔的光束传播特性
)(bA i = VIU
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔
4`E[ WE:Q Q /D?U[G 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性
QguRU|y -c %#Hd 3.5其他几种常用的激光光束
cdd6*+E B|9[DNd 3.5.1厄米-高斯光束
*^[m?3" W E ~}@56ER} 3.5.2拉盖尔-高斯光束
X %(1C,C( B
]*v{?<W 3.5.3贝塞尔光束
lU?8<X e BT+| 3.6激光器的输出功率
$-^
;Jl 7sypU1V6 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
i ZU 1w7Z ycD.X" 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率
^*?mb) lZ,w #sqbY 3.7激光器的线宽极限
<Wr n/%tL =Jyi9VN=& 3.8激光光束质量的品质因子M2
IKo,P$
PE B1^9mV'O 3.9模式激光的某些一阶统计性质
%"[`
(#e,tu 3.9.1单模激光的一阶统计性质
K92nh/}y ~K$dQb]) 3.9.2多模激光的一阶统计性质
]g] ]\hS
cG)U01/ " 思考练习题3
H8!;
XB < @.!\ 第4章激光的基本技术
{!0f.nv i<\ WRzVT 4.1激光器输出的选模
=Ju%3ptH0 :,Zs {\oI3 4.1.1激光单纵模的选取
z:1"d
R
} "QL"% 4.1.2激光单横模的选取
62.)fCQ^ hQb3 8W[ 4.2激光器的稳频
,gO(zI-1 TI5<'
U) 4.2.1影响频率稳定的因素
F[q )ME+`) YMG~k3Yb 4.2.2稳频方法概述
e6`g[Ap Cfr2 ~w 4.2.3兰姆凹陷法稳频
sq rY< @% S1I# qb 4.2.4饱和吸收法稳频
'"m-kor 4`Ib wg6"B 4.3激光束的变换
*-eDU T|O <D`VFSEJ 4.3.1高斯光束通过薄
透镜时的变换
SX)o0 v+ mXwDB)O{) 4.3.2高斯光束的聚焦
oU d R,;h9 vJ ?j#Ch 4.3.3高斯光束的准直
% ` \}# 7lUnqX.
4.3.4激光的扩束
^ *1hz< 'O^<i`8U] 4.4激光调制技术
Xmny(j)g IkP; i_| 4.4.1激光调制的基本概念
+/>X OY|Ie {> Yna"p 4.4.2电光强度调制
\=2<<
iv cI\&&<>SlG 4.4.3电光相位调制
>F5E^ DY jn]:*i;i 4.5激光偏转技术
Q TIC5cl, {
Ba_.]x 4.5.1机械偏转
RI2 /h rW 7pO/!Lm 4.5.2电光偏转
X1XmaO% A G L-Pir 4.5.3声光偏转
Sa9p#OQ ' OXL'_Xl 4.6激光调Q技术
h f{RI 4Jc bH}?DMq]O 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
rI#,FZ !NO)| N> 4.6.2调Q原理
P,<pG[^K LEd@""h 4.6.3电光调Q
'/F%
ff }X9G(`N(} 4.6.4声光调Q
W` F?j-4 }B`T%(11= 4.6.5染料调Q
|>/m{L[ /_mU%fl 4.7激光锁模技术
Utj4f-M AOM@~qyc
4.7.1锁模原理
)mu[ye"p |. ?$:D&6 4.7.2主动锁模
R*O<( |"+UCAU 4.7.3被动锁模
p5Wz.n.<' &PUn,9 Rm 思考练习题4
S0WKEv@Hn J'C% 第5章典型激光器介绍
| Zj=E$ =`g@6S 5.1固体激光器
Zvkb= =gA n;~ 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
4W<8 u( ,In}be$: 5.1.2固体激光器的泵浦系统
Ey&gZ$|& `Y,<[ Lnr 5.1.3固体激光器的输出特性
BnU3oP *6wt+twH 5.1.4新型固体激光器
)@_ 5}8 ;Dp<|n 5.2气体激光器
ebiOR1)sN M)G|K a 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
O4 oI&i 7 e=Q{CsP 5.2.2二氧化碳激光器
u}|+p + Z$y~:b z 5.2.3Ar＋离子激光器
}8dS[-. rLE5fl5W 5.3染料激光器
>JHQA1mX J3y4 D} 5.3.1染料激光器的激发机理
!"SuE)WM #@:GL mD% 5.3.2染料激光器的泵浦
/TScYE:$HE -"5r-q q* 5.3.3染料激光器的调谐
LLPbZ9q XXy &1C 5.4半导体激光器
7gQ 2dp \@$V^;OP/ 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
S8 Y ti .&rL>A2U 5.4.2PN结和粒子数反转
@i(;}rx -J^t#R^$` 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
mI,!8# Y\ j5{;V 5.4.4同质结和异质结
半导体激光器
z K6'wL!!I O"e mse}Z 5.5其他激光器
S3sxK: =6xxZy[ 5.5.1准分子激光器
W$`p ,$ .n Pk^W+M_)~ 5.5.2自由电子激光器
dPmNX-'7 %YwIR .o 5.5.3化学激光器
?d Y|,_O 6 $
ag< 思考练习题5
94xWMX2 A;7At!kK 第6章激光在精密测量中的应用
u%Ay W kB=\a( 6.1激光干涉测长
q]wP^;\Jl 4_d'Uh&] 6.1.1干涉测长的基本原理
.NT9dX wg=-&- 6.1.2激光干涉测长系统的组成
V]P %@<C MXrh[QCU) 6.1.3激光外差干涉测长技术
et}%E9 (}MN16! 6.1.4激光干涉测长应用举例
-P-&]F5 |` Iispn 6.2激光衍射测量
@"L*! O_^t u?x 6.2.1激光衍射测量原理
~
}?*v} &nfGRb 6.2.2激光衍射测量的方法
Y *n[*N iDV. C@ 6.2.3激光衍射测量的应用
*#7]PA Qw tlcNGPa 6.3激光测距
#9(L/)^ [) t1" 6.3.1激光脉冲测距
4x2,X`pe3 MT{ovDA]. 6.3.2激光相位测距
wMU}EoGS? H g 2Rcl 6.4激光准直及多自由度测量
h4tAaPcS+ ^e(*{K;8 6.4.1激光准直仪
<L+y
6B Fm4)| 5 6.4.2激光衍射准直仪
)GR4U8<>g PiF &0; 6.4.3激光多自由度测量
ws< (LH Wph@LRB] 6.5激光多普勒测速
N~+ e\K6 maVfLVx- 6.5.1运动微粒散射光的频率
h+j{;evN t>JPK_b0 6.5.2差频法测速
_7b' i6- ")D5ulb\ 6.5.3激光多普勒测速技术的应用
?V' zG&n@ VQ^}f/A 6.6环形激光测量角度和角加速度
~;yP{F8? 1)hO!% 6.6.1环形激光精密测角
Y|~+bKa u_jhmKr~ 6.6.2光纤陀螺
~ ^*;#[< $HP<C>^Z8 6.7激光环境计量
<CGABlZ H& !? c5 6.8激光散射板干涉仪
_ls i,kg? Cnv?0to2l 思考练习题6
"g:1br?X,9 ?<STl-]& 第7章激光加工技术
qaiR329fx dzs(sM= 7.1激光热加工原理
[( *? PgdHH:v) 7.2激光表面改性技术
1fqJtP6 K(}g!iT)~ 7.2.1激光淬火技术的原理与应用
W[t0hbV w SSysOeD+ 7.2.2激光表面熔凝技术
odh cU5 *u ]aWx 7.2.3激光熔覆技术
`&URd&ouJD ^=[b]*V 7.3激光去除材料技术
/Suh&qw>
;| pw; - 7.3.1激光打孔
74fE%;F CkR
95* 7.3.2激光切割
@7`=0;g >>%E?'9A 7.4激光焊接
@G ^m+- U?=-V8#M| 7.4.1激光热导焊
wyB vbEO pYCS 7.4.2激光深熔焊
k\Z 7Dg$\D *;[g Ga~ 7.4.3激光复合焊
yR1v3D4E S#*aB2ZS 7.5激光快速成型技术
ne
8rF.D ]XEUD1N;I 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点
b=XXp`h~a dO4J f9) 7.5.2激光快速成型技术
C_;A~iI7 J~|:Q.Rt ` 7.5.3激光快速成型技术的重要应用
K)W:@,* P (aN6)D 7.6其他激光加工技术
*K;s*-|U R\-]t{t` 7.6.1激光清洗技术
`J %35 zKfY0A R 7.6.2激光弯曲
LC})aV| 3jjV
bm 思考练习题7
}U@(S>,% t5 k=ngA 第8章激光在医学中的应用
[r^WS;9n ={\9-JJhE 8.1激光与生物体的相互作用
2]cU:j6G w^MiyX 8.1.1生物体的
光学特性
Xa$-Sx 6 #k mV 8.1.2激光对生物体的作用
Y2}m/7aF LAY~hF" 8.1.3激光对生物体应用的优点
rmeGk&*R8 La$?/\Dv) 8.2激光在临床治疗中的应用
xM?tdQ~VHY upiYo(s N. 8.2.1激光临床治疗的种类与现状
B^Hh rz! r*UE>_3J 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
^ /)%s 3 gWfMUl 8.2.3激光在眼科中的应用
u1`JvfLrL ^00C"58A 8.2.4激光在泌尿外科中的应用
`#?]g ! O? 0`QMY 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用
:{%~L4$HI R|[gEavFl 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术
Ge1"+:tbJ Hb\['VhzM 8.2.7光动力学治疗
465?,EpS X'p %K/-m 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用
lJt?0;gn !d &SVS^mo 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断
"E nxVV 7`tJ/xtMy; 8.3.2激光断层摄影
? u>A2Vc! {bNVNG^ 8.3.3激光显微镜
@s0 mX3P H^+Znmo 8.4医用激光设备
|eqp3@Y1E P98g2ak 8.4.1医用激光
光源 v G~JK[ I U\h,Ug 8.4.2医用激光传播用
光纤 ~0rvrDDg MH=Ld=i 8.5激光应用于医学的未来
9yp'-RKjw JZ/T:Hsh4 8.5.1医用激光新技术
d(C5i8d '^(qlCI
8.5.2光动力学治疗的前景
] {18-= L=&}s[ 5 思考练习题8
@ zT2!C?^L aa}U87]k 第9章激光在信息技术中的应用
a~Yq0 d?`D JvY s6u 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器
;Qidf}: =l>=]O~h 9.1.1半导体激光器
e?:1wU
pzb`M'Z?C 9.1.2光纤激光器
*RFBLCt =nv/
r 9.1.3光放大器
d'[q2y?6N lS?#(}a1) 9.2激光全息三维显示
P?Kg7m W E+J +fi 9.2.1全息术的历史回顾
]>[ 0DX]j p5J!j I= 9.2.2激光全息术的基本原理和分类
c| X }[ l_pf9 !z 9.2.3白光再现的全息三维显示
YwZ ]J ~-'-<- 9.2.4计算全息图
<GSp%r j | LO g 9.2.5数字全息术
_z>%h>L|g 'q l<R0g 9.2.6全息三维显示的优点
W& 7( Xt!wO W 9.2.7全息三维显示的应用
zN/nKj: Q dg&GMo 9.2.8全息三维显示技术的展望
Wz;@Rl|F Kf`/ Gc! 9.3激光存储技术
$Km~x yn J)6n7a 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
`:Zgq+j& )*&61 9.3.2激光光盘存储
DuIgFp 6E9o*YSk 9.3.3激光体全息光存储
W
H af}.V }>_ 9.3.4激光存储技术的新进展
4GS:k fti {FR+a** 9.4激光扫描和激光打印机
!\\OMAf7 @/xdWN! , 9.4.1激光扫描
u/%Z0`X 6O " y 9.4.2激光打印机
+1 c[!;' zKThM#.Wa 9.5量子光通信中的激光源
B?ipo,2~{ XpPcQIM* 9.5.1量子光通信
={50>WXE le6eorK8 9.5.2量子态发生器及应用
u]P9ip "Z bVr`a *EM 思考练习题9
EjP)e; r(<91~Ww 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用
? 3oUkGfn +ZkJ{r0,( 10.1激光核聚变
3&R1C>JS ] lDVgW}o@ 10.1.1受控核聚变
B^.:dn
yF-`f
_ 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法
pL: r\Y:R P` y.3aK 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理
y2nT)nL gp+@+i>b+[ 10.2激光冷却
10_ >EY` R tEx
WTc 10.3激光操纵微粒
<&HHo>rl 2#Qw 10.3.1光捕获
L }R-| WA5. qw 10.3.2微粒操纵
[_*? ~ tUGF8?&
G 10.4超越经典衍射极限的分辨率
f n8|@)J 4D6LP * 10.4.1解析延拓
(W#^- *$R XE#$|Z 10.4.2综合孔径傅里叶全息术
&&C'\,ZK5 [buLo*C4: 10.4.3傅里叶叠层算法
eL
[.;_ _jaB[Q=By 10.4.4相干谱复用
0Kg?X &td 10.4.5非相干结构光
照明成像
WsT xF*i+'2 10.4.6超分辨荧光显微镜
8& CQx* 2` Ihrz6 10.5激光光谱学
z7pw~Tqlz m@YK8 c#$ 10.5.1拉曼光谱
Lc( eY{CY 9[[$5t`8 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
#!P>." . Kp19dp}'b 10.5.3频率高分辨的双光子光谱
"YVr/u T>, [V: 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱
E0.o/3Gw6 BC#O.93` 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术
H!|g?"C bnH:|-?q 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
hRqr 4j zjr G 10.6.1电磁波的正常多普勒效应
^_BjO(b'e i;\n\p 1 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应
{
PS0.UZ CD4@ 0Z+ 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证
Ao\Im(? RL*b4 7, 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
* D vQnj @QE&D+NS 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
z6|kEc"{ Ql"~ z^L 思考练习题10
H%0WD_ m=a^t 附录A随机变量
>` u8( !t?5U _on A.1概率的定义和随机变量
#q5tG\gnM V;hO1xfR3& A.2分布函数和密度函数
N$u: ! fh` }~ aQ A.3推广到两个或多个联合随机变量
D'#,%4P,e\ t_+owiF)M A.4统计平均
k7]4TIUD* |o@ U
L 附录B随机过程
Z6&bUZF$bE (D n1Eov B.1随机过程的定义和描述
l
nJ ^FZ9q B.2平稳性和遍历性
c= aZ[ iDdR-T| 参考文献
Y Azj>c& =Z..&H5i 
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