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。 f 3H uT=n d%P2V>P  ,/+Mp 7#E/Q~]'6 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 4@0 aN6Os |D)CAQn, 1.1光的波粒二象性 2.Vrh@FNRo =T [ P 1.1.1光波 Wa^Wn +r 8UjIC4' 1.1.2光子 %>*?uO`z[ _;PQt" ] 1.2原子的能级和辐射跃迁 oT{9P?K8 SSF:PTeG> 1.2.1原子能级和简并度 H>/,Re 0BC @w V 1.2.2原子状态的标记 Qf EJU8/5d ,h^6y 1.2.3玻尔兹曼分布 @:zC!dR)G h~#F2#. 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 bW
W!,-|R w]g Ld 1.3光的受激辐射 RDbNC v# . \a+m 1.3.1黑体热辐射 r B+ ( _K9PA[m5 ~ 1.3.2光和物质的作用 Hi[lN7ma8 6Mc&=}bV 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Ja3#W
K l5w^rj 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 Lmjd,t $R #_c} 1.4光谱线增宽 j4i$2ZT' F4\:9ws 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 'Q E8 )2). kL> 1.4.2自然增宽 )$^xbC#j`3 w]MI3_|'r( 1.4.3碰撞增宽 #6@hVR. PNAvT$0LaZ 1.4.4多普勒增宽 &;ddnxFI
-btNwE6[. 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 &pI\VIx ? |5;,]lbt 1.4.6综合增宽 KN_n :`cH{ O])vR< [ 1.5激光形成的条件 dwB#k$VIOw '~ b 1.5.1介质中光的受激辐射放大 2+pw% #fe w31 O~Ve 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 G:b6Wf ;fq p! |J 思考练习题1 ;,U@zB;\%( jF6Q:`k 第2章激光器的工作原理 e[x,@P` MMa`}wSs 2.1光学谐振腔结构与稳定性 7vgRNzZoq O8hx}dOjA 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 <6]Hj2 hRuiuGC 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ZOqA8# \ ^e " 4@O" 2.1.3稳定图的应用 jR1^e$ qX5]\nX&G 2.2速率方程组与粒子数反转 (1S9+H>g * g+v*q X 2.2.1三能级系统和四能级系统 ;woK96"{t ui8$ F
"I* 2.2.2速率方程组 gm]q<~eMW k7:ISj J 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 fPN/Mxu d.ywH; 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 OtL~NTY <2 j$P Y9 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 Z D50-w; J8FzQ2 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 mn1!A`$ :fX61S6) 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 DDIRJd<J >.39OQ# 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 U'b}%[ n "iaE 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 ;N!n06S3 hDJ+Rk@ 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 unYPvrd x?6^EB|@ 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 OvdBU cp[ : 1'1 n 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 k!q OE\%B tF*Sg{:bCa 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 (
K-7z :'t"kS 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 ~&0lWa mFpj@=^_G 2.5激光器的损耗与阈值条件 T8LvdzS ZWFOC,)b 2.5.1激光器的损耗 %LdBO1D0 z xv y& 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 KPK`C0mg@k z,qNuv "W 2.5.3阈值条件 D S|x*w'I pdQaVe7tRo 2.5.4对介质能级选取的讨论 2Sy:wt An s J3C 思考练习题2 y}Qq S/ 50S*_4R 第3章激光器的输出特性 ,=ju^_^sA 6jal5<H 3.1光学谐振腔的衍射理论 |c]L]PU tr
8Q{ 3.1.1数学预备知识 >Y3zO 2Cr W70BRXe04D 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 $H,9GIivD aIfB^M*c5 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 48GaZ@v cJ,`71xop, 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 2zjY|g/ + L 5 3.2对称共焦腔内外的光场分布 ]w8h#p X p|$z ~ 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 3v~}hV/RUy a- /p/
I-% 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 ,l)AYu!q4F Z!?T &: 3.3高斯光束的传播特性 K!88 Nox( FZ%
WD@= 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 dfeN_0` - Bm^8"SSN 3.3.2高斯光束的相位分布 Gm\jboef] No/D"S# 3.3.3高斯光束的远场发散角 6:TA8w| 4,6?sTuX 3.3.4高斯光束的高亮度 oW/H8 q<wY TsRbIq[
3.4稳定球面腔的光束传播特性 XOY\NMo ,Hc,]TPC4
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 cmLI!"RL e SQ`ec95', 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 MB5X$ 5it HtI>rj/\
x 3.5其他几种常用的激光光束 H,1 I z@W1 A%#."2vq~ 3.5.1厄米-高斯光束 ~!dO2\X+ k:E+]5 3.5.2拉盖尔-高斯光束 3D rW[\ QtqE&j 3.5.3贝塞尔光束 1b"3 ]? t4,(W` 3.6激光器的输出功率 ]FO)U +?[iB"F 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 CY.i0 ) ]]PhGX~ 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 I*
JSb9r H h;o<N>U 3.7激光器的线宽极限 Yh;A 7vsXfIP+ 3.8激光光束质量的品质因子M2 '#Y[(5 "CWqPcr 3.9模式激光的某些一阶统计性质 m[*y9A1 Fm.IRu<\` 3.9.1单模激光的一阶统计性质 NIOWjhi[Jn [;i3o?\_I 3.9.2多模激光的一阶统计性质 vn=0=( _;5N @2? 思考练习题3 r)t-_p37 {nmBI k2v 第4章激光的基本技术 !xZ`()D# ig,v6lqhM 4.1激光器输出的选模 ~bk+JK- > !F*CE cB 4.1.1激光单纵模的选取 8:(e~?
f6 <D M:YWNa 4.1.2激光单横模的选取 wrt^0n'r)c 79(Px2H2 4.2激光器的稳频 be{t y V
;F'/[l{+ 4.2.1影响频率稳定的因素 -7l)mk 5 l(Q#pS X 4.2.2稳频方法概述 o.H(&ex| '@+a]kCMev 4.2.3兰姆凹陷法稳频 )OcG$H NK o5 eFLJ6 4.2.4饱和吸收法稳频 e!~x-P5M`
rN^P// 4.3激光束的变换 ~,.}@XlgT. r6eApKZ>f6 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 9gokTFoN Arb-,[kwN 4.3.2高斯光束的聚焦 Fs EPM"&?h Syj7K*,%bZ 4.3.3高斯光束的准直 K Z)p\p<1 BAS3&f A 4.3.4激光的扩束 @z)_m!yV1 wsNM'~( 4.4激光调制技术 7 V+rQ }PDNW 4.4.1激光调制的基本概念 5 5T c p94 w0_m@| 4.4.2电光强度调制 w oS I
2i Z,osdF 4.4.3电光相位调制 BSu
]NOwe OjiQBsgnj 4.5激光偏转技术 h0fbc;l W=T}hA# ` 4.5.1机械偏转 " Q ~-C|x aGz <Yip 4.5.2电光偏转 u*$ 1e ?0VLx,kp 4.5.3声光偏转 a _0G4@=T 3;J)&(j0 4.6激光调Q技术 sy|{}NkA! D'823,-). 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q {
+%S{=j ?g$dz?^CK& 4.6.2调Q原理 :8~*NSEFd Rg6e7JVu 4.6.3电光调Q GUyc1{6 /# M|V6n 4.6.4声光调Q wb
}W;C@ *?`:= 4.6.5染料调Q ? h$>7| vO)nq tw 4.7激光锁模技术 3' WS6B+ H[{ch t
h 4.7.1锁模原理 @"m?
# v?7.)2XcX 4.7.2主动锁模 c!BiGw,; hD>O LoO 4.7.3被动锁模 N*Owfr1 N In)#`E` g. 思考练习题4 "yI)F~ A .TURS 第5章典型激光器介绍 @])qw_ oh5 fNx 5.1固体激光器 {qm(Z+wcmb ^L; `F 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 MOFIR
wVZ+ ,OLN%2Sq 5.1.2固体激光器的泵浦系统 Pv`^#B X' `bGA c&,& 5.1.3固体激光器的输出特性 Ve&(izIh o(.
PxcD 5.1.4新型固体激光器 C`D5``4 J0}OmNTzD 5.2气体激光器 1_7} B4 @ Zs}8YhC 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 kg$<^:uX AG#5_0]P~ 5.2.2二氧化碳激光器 ^z$-NSlI eA>O<Z1> 5.2.3Ar＋离子激光器 i%M2(8&^Q X.,1SYG[ 5.3染料激光器 \)ac,i@fy @fp(uu 5.3.1染料激光器的激发机理 e jwFQ'wTx gU C v#: 5.3.2染料激光器的泵浦 G1Cn[F; e ;b$(T5 5.3.3染料激光器的调谐 S2" p( :<s)QD 5.4半导体激光器 //W<\ }@V(y 9K 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 5 isejR{r
,|b <as@X 5.4.2PN结和粒子数反转 +E QRNbA ]OHzE]Q 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 a Kb2:1EQ @R?S-*o 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 5-}4jwk " 7RQrz 5.5其他激光器 L& lNpMT 5 >7ECe* 5.5.1准分子激光器 iwL\H a jj#K[ @u 5.5.2自由电子激光器 L
'342( r}9qK%C G. 5.5.3化学激光器 A%u-6" X#(?V[F] 思考练习题5 k oC2bX KLs%{'[7: 第6章激光在精密测量中的应用 5A /G? cp2e,%o 6.1激光干涉测长 CJ&0<Z}{m p ,@_A' 6.1.1干涉测长的基本原理 Tm@mk 'uBW1, 6.1.2激光干涉测长系统的组成 _ EHr?b2 uU6+cDp 6.1.3激光外差干涉测长技术 S(Xab_DT)H Jk|c!,! 6.1.4激光干涉测长应用举例 $\$5::}r C2,,+* v 6.2激光衍射测量 cI'&gT5 5FnWlFc 6.2.1激光衍射测量原理 vj^vzFb K 9rtcI[&?0 6.2.2激光衍射测量的方法 Zo22se0) R\MM 2_I 6.2.3激光衍射测量的应用 ju(&v*KA mT >56\63 6.3激光测距 Q! ] 7Rk eV 6.3.1激光脉冲测距 3*3WO,9
5Y"lr Y38 6.3.2激光相位测距 g% #"
5Kr xRJv_ =dT 6.4激光准直及多自由度测量 MV H^["AeR <n>Kc} c 6.4.1激光准直仪 h2!We # @X"p"3V 6.4.2激光衍射准直仪 7Xm pq&g I)]wi% 6.4.3激光多自由度测量 6YQ&+4 G{i}z^n 6.5激光多普勒测速
P6zy<w ]k_@F6 A 6.5.1运动微粒散射光的频率 P8Fq %k t*< .^+Vd 6.5.2差频法测速 M SoLx ' < $985q@pV0 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 s$: F^sxb ioIUIp+B~u 6.6环形激光测量角度和角加速度 ^LE`Y>&m Y>{K2#k 6.6.1环形激光精密测角 ea=@r
Ng +T+f``RcK 6.6.2光纤陀螺 $xyG0Q. hUcG3IOBf 6.7激光环境计量 N' t* e Ci Mje6Q 6.8激光散射板干涉仪 (01M 0b# [P]zdw
w# 思考练习题6 ?0WJB[ / 5v=%pQbY 第7章激光加工技术 v-3In\T=^ Z T Wbe 7.1激光热加工原理 s@E "EWp0 3205gI, 7.2激光表面改性技术 (!& cfabL :Oo(w%BD] 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 fKf5i@CvB@ :;t*:iG 7.2.2激光表面熔凝技术 "@RLS~E j ~(aQ!!H6 7.2.3激光熔覆技术 I&U?8 '`#2'MX G 7.3激光去除材料技术 Gmi4ffIb3 8xs[{?|: 7.3.1激光打孔 W^i ct,t %'nM!7w@I 7.3.2激光切割 6n]fr9f ( YF`#v6 7.4激光焊接 z*. 4Y :[ m; #b 7.4.1激光热导焊 XL>c TM x'{L %c>L 7.4.2激光深熔焊 M2(+}gv;7p 3XYCtp8 7.4.3激光复合焊 +u#;k!B/> mVg-z~44T 7.5激光快速成型技术 X #j-Ld{j rP>iPDf 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 4P( Y34j w?d~c*4+ 7.5.2激光快速成型技术 >t&Frw/Bl #:_qo 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 $J>GCY !jL|HwlA 7.6其他激光加工技术 ,di'279| $ -[V )]h 7.6.1激光清洗技术 NOLw119K Ci0: -IS 7.6.2激光弯曲 r5h}o )J t8DyS FT 思考练习题7 L!Iu\_{q r t@Jw]az 第8章激光在医学中的应用 CvKXVhf0$J ce{(5IC 8.1激光与生物体的相互作用
AC@WhL yT%"<m6Y*\ 8.1.1生物体的 光学特性 8Eyi`~cAiH U:ggZ`. 8.1.2激光对生物体的作用 %Sr/'7 K `[p*qs p_ 8.1.3激光对生物体应用的优点 :'9%~q.D4 'VcZ_m: 8.2激光在临床治疗中的应用 @ .;] $N&J y.AVH`_u 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 !'o5X]s 0)`{]&
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 [`nY /g: o4,fwPkB 8.2.3激光在眼科中的应用 6:O3>'n Dj}n!M`2I 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 R]O!F)_/' /. GHR 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 Q?-HU,RB O M 9'Qs m 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 ~N2){0 j4 k nrR%e; 8.2.7光动力学治疗 S=H<5*]g "| 0g 1rd 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 7\m.xWX e / fC@T 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 ?muI 8b z/6/ 8.3.2激光断层摄影 xP%`QTl\ J 0CEZ 8.3.3激光显微镜 l!CWE hb RDM' 8.4医用激光设备 #va|&QBZxM _Mq0QQ42 8.4.1医用激光 光源 MF :]J N=FU>qbz 8.4.2医用激光传播用 光纤 =67dpQ'y /cHd&i,> 8.5激光应用于医学的未来 t)P5bQ+$u9 Tap=K|b ]
8.5.1医用激光新技术 Q;{[U!\ : ],CJSA!5F 8.5.2光动力学治疗的前景 1 T:M?N8J `X[L62D 思考练习题8 vH/<!jtI
{* S8n09v 第9章激光在信息技术中的应用 ReE-I/n8f RU&,z3LEb 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 ^%l~|w V^fSrW] 9.1.1半导体激光器 >^}nk04 Ncr38~;w 9.1.2光纤激光器 a)J3=Z- 6(Za}H 9.1.3光放大器 +p6cG\Gp EH))%LY1y 9.2激光全息三维显示 k$
k /U B;Pws$J 9.2.1全息术的历史回顾 #U45H.Rz Q- ( [3% 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 F7$x5h@ jO
xH' 1I 9.2.3白光再现的全息三维显示 YI0 5?J} YT7,=k _ 9.2.4计算全息图 KWtLrZ(j Ei!t#'*D< 9.2.5数字全息术 lr SdFJ% !u~h.DrvZ 9.2.6全息三维显示的优点 8 tq6.%\ ;% "YA 9.2.7全息三维显示的应用 YT!QY@qw =f'MiU!p6 9.2.8全息三维显示技术的展望 me] O iC-WQkQY 9.3激光存储技术 K..L8# SC DVCO(
fz 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 w?_y;&sbR U-.?+ ` 9.3.2激光光盘存储 p \lS ) 9 wI '8B{[ 9.3.3激光体全息光存储 APxy %0 Q =Gsn4>~%n 9.3.4激光存储技术的新进展 b;$ -s
\% ECHl 9;
+ 9.4激光扫描和激光打印机 s@C KZ` {
? p55o 9.4.1激光扫描 &1O[N*$e g1U 9.4.2激光打印机 :$Lu
V5 p x;X} Cd 9.5量子光通信中的激光源 >XzCHtEP 0Yz
&aH 9.5.1量子光通信 V0hC[Ilr -:9E +b 9.5.2量子态发生器及应用 x17cMfCH% `>:ozN#)\ 思考练习题9 BNU]NcA#*, 4u5^I;4pL 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 l:NEK` >i 9/Q_Jv-Q 10.1激光核聚变 S0. )@ DT^#zR 10.1.1受控核聚变 $Yfm>4 q^}QwJw 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 /BC(O[P F 7+Gt
Ed 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 Zw(*q?9\ j^A0[:2 10.2激光冷却 e 6s-; `5}XmSJ?5 10.3激光操纵微粒 q 4_&C&7 *yAC8 \ v 10.3.1光捕获 2!QS&i ,=KJ7zIK? 10.3.2微粒操纵 >@^z? nb >W 2Z]V
10.4超越经典衍射极限的分辨率 C[ <OF/ ]X4
A)4y 10.4.1解析延拓 d!)
&@k uiq)?XUKv 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 k,0R pE xM85^B' 10.4.3傅里叶叠层算法 7NG^X"N{Ul w?kdM1T 10.4.4相干谱复用 : w_J/k5Zd m Nw|S*C 10.4.5非相干结构光 照明成像 e#`wshtN: oD_'8G} 10.4.6超分辨荧光显微镜 "El$Sat` <~# ZtD$G 10.5激光光谱学 #p~tkQ:'1 W&`_cGoP 10.5.1拉曼光谱 l= 5kd.{ ?}^e,.M0?s 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 d |Wpub =g' 7 xA 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 s$xctIbm?, -[OGZP`8 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 !!f)w!wW "PGEiLY 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 " ^~f.N Bt|S! tEy 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 (_-<3)q4 c>d+q9M 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 h$|K vS y6Xfddd61 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 '7[{ISBXU 1fwCQM 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 QFI dp R. Dw 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 bnLvJ]i) S* rgYe!E 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 J!%Yy\G Lu}oC2 思考练习题10 a
#?% I# t6_6Bl: 附录A随机变量 ->&AJI0 H?ssV^k A.1概率的定义和随机变量 MdT'xYomzQ 'wz*GMGWC A.2分布函数和密度函数 Hx2.2 A^ oH!sJ&"#_ A.3推广到两个或多个联合随机变量 ":?>6'*1 95^w" [}4Q A.4统计平均 wG2lCv`d a^i`DrX 附录B随机过程 P "W$ZX 0w Xfu"E{ B.1随机过程的定义和描述 \tLJ( <8 By6C+)up B.2平稳性和遍历性 ?rXh
x{vD
wIuwq> 参考文献 9 a2Ga YFOK%7K  j,eeQ KH |332G64K （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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