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。 -j&Vtr HMV )U{  &iNS?1a%f= b0 & 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 qz`rL#W] 09d9S`cS\ 1.1光的波粒二象性 DVh) w}v Nt~x&s 1.1.1光波 9*\g`fWc}{ =2%VZE7Vm 1.1.2光子 +"8}R~`! V.8%|-d 1.2原子的能级和辐射跃迁 Q.A \U>AgV ;'}'5nO=$ 1.2.1原子能级和简并度 +Rqbf M\9F:.t= 1.2.2原子状态的标记 ?ok)>P BqB |Fo 1.2.3玻尔兹曼分布 e[{mVhg4E 8}BS2C%P 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 #Ao !>qCE 2 z7}+lH 1.3光的受激辐射 cKjRF6w PO o%^'( 1.3.1黑体热辐射 E]1##6Ae 59 <hV? 1.3.2光和物质的作用 Qdu$Os u1^\MVO8 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Bl k}I 6{=_718l` 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 ;7Okyj6EP <bUXC@3W 1.4光谱线增宽 8KMv Ac MQ` %`` 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 s8vKKvs`9 AbfZ++aJ 1.4.2自然增宽 NiA4JgM]v fx)KN m8Lx 1.4.3碰撞增宽 =7
w> wW- !D:Jbt@R<n 1.4.4多普勒增宽 m#\[m<F g
j xS 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 "3}<8 c 3-|3`( 1.4.6综合增宽 Ur!~<4GO ]Blf9h7 1.5激光形成的条件 J,5+47b1}R fu4!t3 1 1.5.1介质中光的受激辐射放大 z%sy$^v@vD LZ<[ll#C 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 S6sq#kcH opp!0:jS* 思考练习题1 q3h'l , x[i `S8 D 第2章激光器的工作原理 +Gh7^v|" %
frfSGf.# 2.1光学谐振腔结构与稳定性 }k7'"`#?" -RMi 8{ 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 <)U4Xz ? U| 5-0 u5 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 6 BAW fS=hpL6]@ 2.1.3稳定图的应用 (Rd$VYuf qP1FJ89H 2.2速率方程组与粒子数反转 ;Vu5p#,O<M 41V e }% 2.2.1三能级系统和四能级系统 {mTytT BKIjNV3 2.2.2速率方程组 f.6~x$:)`E Kq)MTlP0g 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 Hd &{d+B Fvd eQsc! 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 "G?Yrh M 2q"dz 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 v }\,o%t^ }}r>
K} 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 |E3X X+82[Y,mB. 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 k)7{Y9_No 09 h.1/ 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 W?Ww2Lo%Y =,V|OfW 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 !{% &=tIZ cg{AMeW 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 _$s> c!t,# PXk?aJ 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 v)X\GmW7w y2|R.EU\m< 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 R 9 4^4I ?cy4&]s 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 `{ Tk@A_yd K8I$]M 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 5h {`<W 6iA( o*'Yn 2.5激光器的损耗与阈值条件 L{fFC%|l2L u bW]- U=T 2.5.1激光器的损耗 p&b5% 4P 9KuD(EJS 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 Zjh2{ : v|';!p| 2.5.3阈值条件
jN* :QI PBjmGwg7 2.5.4对介质能级选取的讨论 v6=-g$F G OF U/gaO~ 思考练习题2 MXtkP1A ` `'S0*kMT 第3章激光器的输出特性 EcL-V>U# M na+d;h*~y 3.1光学谐振腔的衍射理论 w3T ]H _V =/0=$\Ws 3.1.1数学预备知识 7:E! b=o# G&f8n 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 pv)`%< ~FU@wV^ 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 kFLB> j97 Vr.Y/3N&' 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 G4 _, jNDx,7F- 3.2对称共焦腔内外的光场分布 s%4M$ e ;3eKqr0 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 TI|/u$SJ<Z Ah69
_>N`S 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 SGL|C k #KlCZ~s 3.3高斯光束的传播特性 ;]2s,za)qs ,M5}4E7L%s 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 `{v?6:G:Q G\d$x4CVGc 3.3.2高斯光束的相位分布 l `9t} i y esD 3.3.3高斯光束的远场发散角 /b#l^x:j I^\&y(LJF 3.3.4高斯光束的高亮度 =@x`?o e v ),:c+~@@kT 3.4稳定球面腔的光束传播特性 (.Y/ 26?W
nu60 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 I{' f|+ 1 0pb '\lA 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 qy1F* kY +0wT!DZW\= 3.5其他几种常用的激光光束 &
WOi ik am1[9g8L 3.5.1厄米-高斯光束 Y*oDO$6 DE $q+j0P 3.5.2拉盖尔-高斯光束 n{0Ld - zH CK+d! Eg 3.5.3贝塞尔光束 B;6]NCx D 75T_Dx(H 3.6激光器的输出功率 E_z;s3AXQ BimjQ;jtI 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 'wasZ b<^ B _`y|sn 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 6Q&r0>^{ h Ov={: 3.7激光器的线宽极限 qVqRf.-\ V gb *% I 3.8激光光束质量的品质因子M2 (:V>Hjt $q?$]k|M` 3.9模式激光的某些一阶统计性质 e1myH6$W g:l.MJT 3.9.1单模激光的一阶统计性质 p^kUs0$GS ^)!F9h + 3.9.2多模激光的一阶统计性质 1F'1>Bu~ `^JJ&)4iv 思考练习题3 Qp,DL@mp>8 Gl %3XdU 第4章激光的基本技术
'7Nr8D4L 5wao1sd # 4.1激光器输出的选模 B5V_e!*5F* 7M_U2cd|TD 4.1.1激光单纵模的选取 $0oO
&)* 8(g:HR*; 4.1.2激光单横模的选取 d,vNem-Z*L /^ {BUo 4.2激光器的稳频 c\6+=\ >KLtY|o) 4.2.1影响频率稳定的因素 5RH2"*8T zJDSbsc$% 4.2.2稳频方法概述 qSqI7ptA \ {gA\ph% s 4.2.3兰姆凹陷法稳频 &;,,H< p XfE?C:v 4.2.4饱和吸收法稳频 g[
0<m#" ,r^M?> 4.3激光束的变换 aJL^AG o}O dw; 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 TC~Q
G$NW W6T|iZoV"r 4.3.2高斯光束的聚焦 FsB^CxV g )Au6Nf
4.3.3高斯光束的准直 Rgo rkZlVM ,m S/h~-5n 4.3.4激光的扩束 <e]Oa$ P7ph}mB 4.4激光调制技术 P &d"V < .x`M<L#M( 4.4.1激光调制的基本概念 &C im!I CM )Q& : 4.4.2电光强度调制 ;= j@,
yu - K%,^6 4.4.3电光相位调制 K3uG2g(>2 "'8KV\/D 4.5激光偏转技术 x83
!C }4: l kyzNy9R 4.5.1机械偏转 ^=n+T 7"J ( Rk_-9_E. 4.5.2电光偏转 '\~$dtI$ +x9cT G 4.5.3声光偏转 )15Z#` x f)c~cJz<q 4.6激光调Q技术 9Suu-A 4Wy <?O2 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q !3i Gz_y svelYe#9z 4.6.2调Q原理 PiV7*F4qI. }>^Q'BW;65 4.6.3电光调Q 9jN)I(^D6 ,\ 2a=Fp 4.6.4声光调Q D'Z|}(d& %8*64T") 4.6.5染料调Q i |{Dd%4vK a $"ib 4.7激光锁模技术 }?cGf- c qQpnLV 4 4.7.1锁模原理 -/_L*oYli {X2`&<i6 4.7.2主动锁模 uj%skOD6Z ) xbO6V 4.7.3被动锁模 { T"0DSV S[ tE&[$(p 思考练习题4 ]
2DH; t1VH doNN 第5章典型激光器介绍 i>EgG5iJ pE{yv1Yg 5.1固体激光器 ^qCkt1C-M Qr1e@ =B 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 c PgfTT k>dsw : 5.1.2固体激光器的泵浦系统 h/x0]@M& MYBx&]!\ 5.1.3固体激光器的输出特性 {_(\` > v7% X@j]ji 5.1.4新型固体激光器 b}T6v
tvXW 5.2气体激光器 Lokl2o ` /8VP[i)u 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 K"<PGOF c}3W:}lW 5.2.2二氧化碳激光器 oG$)UTzGc ZEYgK)^ 5.2.3Ar＋离子激光器 |
ohL]7b< R*|LI 5.3染料激光器 /(O$ (35 K^_i%~ 5.3.1染料激光器的激发机理 [1 Y do` USN8N ( 5.3.2染料激光器的泵浦 7_2kDDW0 zEZLKWm9- 5.3.3染料激光器的调谐 JFgoN,xn /-6S{hl9Ne 5.4半导体激光器 j CTAKa q Zo KcJA 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 xEuN
7PR#(ftz 5.4.2PN结和粒子数反转 *9)SmS s 1 T1 30L 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 0
ugT2% #,{+3Y&5-+ 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 7Cjd.0T=( DmXcPJ[9 5.5其他激光器 SWp1|.=Sm IrMl:+t\ 5.5.1准分子激光器 y L;M"L 56 l@a { 5.5.2自由电子激光器 v(OBXa9 l!#m&'16" 5.5.3化学激光器 1<ro7A4hK nW "q 思考练习题5 WvHw{^(lF gX{loG 第6章激光在精密测量中的应用 6Es?
MW= 9 2MTX
Osp 6.1激光干涉测长 `nUO l [![%9'+P 6.1.1干涉测长的基本原理 Th`skK&U x.1-)\ 6.1.2激光干涉测长系统的组成 +i\&6HGK;- iJnU% 6.1.3激光外差干涉测长技术 iTW? W\d yT{8d. Rh 6.1.4激光干涉测长应用举例 (;VVC Aoy ,]}?.g 6.2激光衍射测量 E,n}HiAz7V K/ &?VIi`z 6.2.1激光衍射测量原理 H A}f,),G ~.%K/=wK @ 6.2.2激光衍射测量的方法 =66Nw(E. yl Kmj]A 6.2.3激光衍射测量的应用 /v095H@ c:8 3L Z 6.3激光测距 -/ ]W+[ nN$Y(2ZN 6.3.1激光脉冲测距 XW Jw J ( 6(x'ByT 6.3.2激光相位测距 \.X Lcz e &e W|E 6.4激光准直及多自由度测量 7?OH,^ ]CU]pK?nq 6.4.1激光准直仪 "l={) =R :a:[. 6.4.2激光衍射准直仪 UN"(5a 8. 7^} Ll@ 6.4.3激光多自由度测量 vi@Lz3}:: (h']a! 6.5激光多普勒测速 q.Nweu!jQ .^) UO 6.5.1运动微粒散射光的频率 rzp +: ,(a5 @H$f 6.5.2差频法测速 a:~@CUD
>I D[O {(< 9 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 %hlspI(J Bh&Ew
6.6环形激光测量角度和角加速度 \yr isp#` ,wwZI`>- 6.6.1环形激光精密测角 zb6 ju]2 ]0D}T'wM 6.6.2光纤陀螺 u6:pV.p Qy#)Gxp 6.7激光环境计量 *zO&N^X.4 p}Fs'l?7Rq 6.8激光散射板干涉仪 TI y&&_p m?s}QGSka 思考练习题6 U=bEA1*@0 W; ?(,xx 第7章激光加工技术 dQezd-y* TJ?g% 7.1激光热加工原理
4eVI}, 0;,IKXK6X 7.2激光表面改性技术 dQy>Nm fy H* !EP 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 57F%j3.|/ Uadr># C* 7.2.2激光表面熔凝技术 9Qj2W gPS&^EdxA 7.2.3激光熔覆技术 ] L2Oz fJjgq) 9 7.3激光去除材料技术 (_*
wt]"' l? #xAZx&_ 7.3.1激光打孔 wHz?#MW 3L ^GN8V-X4y 7.3.2激光切割 0f ER*.F < (@Syv) 7.4激光焊接 m}VM+= Gt9wR 7.4.1激光热导焊 3E} An% E04l| 7.4.2激光深熔焊 mzL[/B#>M T0j2 a &Pv 7.4.3激光复合焊 v}Wmd4Y' {u7##Vrgt8 7.5激光快速成型技术 n)8Yj/5 6FfOH<\z6i 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 ETv9k g 5IVksg 7.5.2激光快速成型技术 zH)_v W TOl}U 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 dAx96Og:X" jm >3bd 7.6其他激光加工技术 dOa!htx] bC@k>yC- 7.6.1激光清洗技术 `i a %)@
1S%k 7.6.2激光弯曲 3bC
yTZk eN0P9.eqM 思考练习题7 Mjpo 1dw PW}OU9i s 第8章激光在医学中的应用 k D~uGA #;9 H@:N 8.1激光与生物体的相互作用 ed~R>F > L3y5 a?G 8.1.1生物体的 光学特性 $]d*0^J 6
T mEY W< 8.1.2激光对生物体的作用 <FFJzNc+ o|S)C<w 8.1.3激光对生物体应用的优点 aP~ga Sx #,f{Ok+ 8.2激光在临床治疗中的应用 ^kj=<+ v# y<r}"TAf - 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 2@@l {Y0f6 ;cP8 ?U 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 ft5DU/% = (U/CI 8.2.3激光在眼科中的应用 pD`/_-=^h pV`$7^#X 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 /MMtTB
H OS7R Qw1 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 vx 0UoKX ?_4^le[; 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 a#(U2OP 7 s>a2 8.2.7光动力学治疗 \d68-JS@~ #;j9}N 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 Z}Cqd?_') 3l:XhLOj 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 w-FnE}"l v +q<BYq 8.3.2激光断层摄影 Y5TS>iEE] Ygj6(2 8.3.3激光显微镜 l)}t,!M6 }0eg{{g8 8.4医用激光设备 D nyYMe!r {Bs+G/?o/ 8.4.1医用激光 光源 ?iSG H '[u 7c1+t_ Ew 8.4.2医用激光传播用 光纤 -ut=8(6& 9`X&,S~e 8.5激光应用于医学的未来 !'c| N9 8]*Q79 8.5.1医用激光新技术 iz
x[ c>MY$-PD 8.5.2光动力学治疗的前景 )mD \d |7f G.jQX'%4QG 思考练习题8 (KF7zP LD.Ck6@ 第9章激光在信息技术中的应用 z-Hkz
$[e%&h@JR 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 ya>N.h JLW$ +62 9.1.1半导体激光器 QWhp:] } A~y VYC6l 9.1.2光纤激光器 x70N8TQ_gK ;/A}}B]y 9.1.3光放大器 RjtC:H&X Z ]7<m1Lg
9.2激光全息三维显示 i7v/A&Rc @a;sV!S{ 9.2.1全息术的历史回顾 q! *MH/R -- S"w@ 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 GMb!Q0I8 u[[/w&UV., 9.2.3白光再现的全息三维显示 !u0U5>ccw 6aSM*S) 9.2.4计算全息图 7K !GK fv|%Ocm 9.2.5数字全息术 BD4"pcr ;y>'yq} 9.2.6全息三维显示的优点 XPVV+. 2VMX:&3 5J 9.2.7全息三维显示的应用 y y))Z0E5 vK'9{q|g 9.2.8全息三维显示技术的展望 y[p6y[r* !G>(j 9.3激光存储技术 EFNdiv$wF Ps | QW 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 g`{Dxb,t 5F03y`@ u 9.3.2激光光盘存储 ZpTi:3> jDp]R_i 9.3.3激光体全息光存储 v['AB4 lYdQB[l 9.3.4激光存储技术的新进展 7(5]Ry: X@eg<]'m 9.4激光扫描和激光打印机 A ' )(SGSc =%)}) 9.4.1激光扫描 )_F(H)* S#hu2\9D, 9.4.2激光打印机
B,:23[v _we3jzMW 9.5量子光通信中的激光源 _32/WQF6 +E)e1 : 8 9.5.1量子光通信 sFD!7 ; < JJkki 9.5.2量子态发生器及应用 i!y\WaCp B
;; cbY 思考练习题9 @u<0_r
t ju r1!rg% 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 LP8o7%sv! UT % #K % 10.1激光核聚变 yh4jRe?f $<14JEU 10.1.1受控核聚变 (c
1u { (kdC1,E 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 CARq^xI- J1& A,Gb 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 Kl!DKeF /S/tE 10.2激光冷却 |\rSa^:5 5=Zp%[ # 10.3激光操纵微粒 HI7]%<L =nw,*q + 10.3.1光捕获 % d4+Ctrp- z`;&bg\8 10.3.2微粒操纵 W Nl&v] aKa R 10.4超越经典衍射极限的分辨率 '[ @F% [`cdlx?Eh 10.4.1解析延拓 K %k XS (c u' 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 k q/t] %( HIQ]" Hl 10.4.3傅里叶叠层算法 !4i,%Z& 6 {c&qB`y<. 10.4.4相干谱复用 #IH<HL)t%e ~r{\WZ. 10.4.5非相干结构光 照明成像 |C&%S"*+D Ks9FnDm8 10.4.6超分辨荧光显微镜 s0_-1VU ^mS.HT=X 10.5激光光谱学 M9g~lK s' >Iu]T{QNO 10.5.1拉曼光谱 o",f(v &u% myEGibhK 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 &Bj,.dD/a ppPG+[ cz 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 Xp<A@2wt? Mb2:'u [ 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 cfrvy^>, s
ZlJ/_g 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 u^j8
XOT UIC\CP d 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 Z[DetRc- #rSasucr 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 BnKP7e !:]s M-cCt 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 Gp?ToS2^d .5jnKU8NF 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证
'7S!6kd? {mCKTyN+ 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 ;:#?~%7> ^&f{beU9 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 bIvJs9L BLl%D 思考练习题10 =!1-AR%.^ {<''OwQF~+ 附录A随机变量 7eaA]y~H >
{'5>6 u A.1概率的定义和随机变量 SdjUhR+o t1.zWe+C>3 A.2分布函数和密度函数 Ak %no3:9 2|T|K?R^ A.3推广到两个或多个联合随机变量 GY0XWUlC X\c1q4oB[ A.4统计平均 t5X G^3X@ YYZs#_ 附录B随机过程 0x3 h8fs Q5`+eQ?_\ B.1随机过程的定义和描述 kB$,1 J$q Q*mMF@ -: B.2平稳性和遍历性 V rnK)za*H wM2)KM}$ 参考文献 Xj})?{FP d
@^o/w8  hX'z]Am< [pRVZV （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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