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[n^y'v %f&(U/  Wx/!My u l1N{ ujM 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 :u{0M& iEki<e/ 1.1光的波粒二象性 |7/B20 .VmI4V?}h 1.1.1光波 "=<l Pi 9,'5~+7 1.1.2光子 fT8Id\6js [JVI@1T 1.2原子的能级和辐射跃迁 KW&&AuPb} $YS D%/c 1.2.1原子能级和简并度 $#@4i4TN- R\:C |/6f 1.2.2原子状态的标记 A0rdQmrOL NI(`o8fN 1.2.3玻尔兹曼分布 J6 [x(T 4 _N)1u ! 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 _u;^w}0 Xx|&%b{{r 1.3光的受激辐射 #G.3a]p}" 5.[{PJ]bq 1.3.1黑体热辐射 pLzsL>6h !Y]}& pUP 1.3.2光和物质的作用 ! qcu-d5b @mJN 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
OV8b~k4= Ip4NkUI3T 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 G>mgoN /2dK*v0
1.4光谱线增宽 Sc6wC H Pz|qy, 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 :
1fik \ @N> 38M 1.4.2自然增宽 [k'Ph3 3c y-n\;d>[( 1.4.3碰撞增宽 -'PpY302 `FJnR~d
1.4.4多普勒增宽 Xq>e]#gR @su{Uno8/ 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 E;4Ns @IiT8B 1.4.6综合增宽 M2@q{RiS !W%HAlUAG[ 1.5激光形成的条件 cZ!s/^o?f }=;>T)QmMO 1.5.1介质中光的受激辐射放大 &YT7>z, o~-X7)] 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 H;sQ]:.*] u\e #_*> 思考练习题1 -/gS s<" mzT} C&hfP 第2章激光器的工作原理 k9Sqp :l, uPF yRWK 2.1光学谐振腔结构与稳定性 owMH <,E*,&0W 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 z}Z`kq+C g
Go 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 0[1 !K&(L 'o7PIhD" 2.1.3稳定图的应用 t JwF
h6 <Y or Q> 2.2速率方程组与粒子数反转 V w{Ys6q o` 77gkLO 2.2.1三能级系统和四能级系统 Rm*}<JN31 Z@[ ,"{Sn 2.2.2速率方程组 -YuvEm#f -ufmpq. 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 <{ ) 4gvH Mt YP3: 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 nUd\4;J# sd[QtK^ 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 wFJK !9KA8 Agi1r]W 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 EORRS P,$2 aydal 9M 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 NdNfai s{k\1 P(G} 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 k_a'a)`$6 qXI30Yo#d 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 !n{c# HfG gPwp
[ 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 vLS9V/o d_,tXV"z& 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 5i^vN"J % f-<ol 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 O5{XT]: 2:N_c\Vi 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 m4DH90~a8 _#4,&bh8 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 w3w*"M od}x7RI%m 2.5激光器的损耗与阈值条件 u W|x)g11a U]D.z}0 2.5.1激光器的损耗 " <2 b jy >Y+ KL 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 *_QHtZG z`5I 1#PVA 2.5.3阈值条件 1hviT& -(uB TO s 2.5.4对介质能级选取的讨论 i/J NG LgNNtZ&F 思考练习题2 b e/1- =m
7q:bBS 第3章激光器的输出特性 N1!5J(V4 >>bYg 3.1光学谐振腔的衍射理论 5dp#\J@ 5)zB/Ta< 3.1.1数学预备知识
fE*I+pe DjIswI1I 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 !5OMAWNU@ tKeO+6 l 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 "|'`'W ar Ll8G[ 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 8~ )[d!' y+scJ+ < 3.2对称共焦腔内外的光场分布 IJc#)J.2A :UcS$M1LE 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 mF}k}0 [T }]Ma*CS 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 W>s'4C` G`#gV"PlC 3.3高斯光束的传播特性 d95N$n
e-cb?.WU? 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 pIn WKj[y1 _*$B|%k 3.3.2高斯光束的相位分布 .r| vz6tU? ')<FLCFwT 3.3.3高斯光束的远场发散角 fF > qU- (I[h .\% 3.3.4高斯光束的高亮度 ]2Fo .n 7 3z
Y^ x 3.4稳定球面腔的光束传播特性 e6i./bf3 [E~,> Q 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 -mHhB(Td' ,N7l/6 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 a61eH )a :5K ~/=6x 3.5其他几种常用的激光光束 N ^yO- xk ; 9 &1JX 3.5.1厄米-高斯光束 06@ 0r T7,Gf({ 3.5.2拉盖尔-高斯光束 &#oZ>`Qu lMzCDx !m 3.5.3贝塞尔光束 O?,i? V=4u7!ha
3.6激光器的输出功率 ?3TK7]1V: fI
d) 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 3zA=q [C 7k t7^V< 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 :IT U0%;!+ u1|P '>;lF 3.7激光器的线宽极限 fA M4 Q 0HJqsSZ$mW 3.8激光光束质量的品质因子M2 8cBW] \ v %M)oHX1p 3.9模式激光的某些一阶统计性质 PDq}T q uCP6;~Ns 3.9.1单模激光的一阶统计性质 Fma`Cm. V0'p1J tD 3.9.2多模激光的一阶统计性质 `^ bvj]>l C 3 b0`|5 思考练习题3 ,Z*3,/a (-' 0g@0UA 第4章激光的基本技术 &Rl3y\
r K!D_PxV 4.1激光器输出的选模 -90 ZI1O` :&1=8^B Y 4.1.1激光单纵模的选取 p[@oF5M
+ptF - 4.1.2激光单横模的选取 %j[LR Y/ Zn<(,e 4.2激光器的稳频 l q\' V:(w\' wm 4.2.1影响频率稳定的因素 >0<KkBH bco[L@6G$ 4.2.2稳频方法概述 0(hv #C4 kHJDX; 4.2.3兰姆凹陷法稳频 \o62OfF! Xv-1PY':pA 4.2.4饱和吸收法稳频 [aWDD[#j~ p-i.ITRS 4.3激光束的变换 EBIa%, *_ {l 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 hP4)8 > (ifqwl62 4.3.2高斯光束的聚焦 TJyH/ C ET,0ux9F 4.3.3高斯光束的准直 ! =\DC,-CB @`IXu$ Wm( 4.3.4激光的扩束 . o\;,l2 ;* wT,2;
4.4激光调制技术 w;yiX<t< M}=s3[d(, 4.4.1激光调制的基本概念 409x!d~it yUD_ w 4.4.2电光强度调制 _>gXNS r4u +(=0CA0GE 4.4.3电光相位调制 Mz/]D J8 9zoT6QP4 4.5激光偏转技术 DnG / n B@"SOX 4.5.1机械偏转 KJ0xp h f (c(-E|u. 4.5.2电光偏转 ~),;QQ, >bX-!<S 4.5.3声光偏转 k9^+9P^L -~v l+L 4.6激光调Q技术 6m, KL5>W x9x #'H3 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q /RJ6nmN@} PwFQ #Z 4.6.2调Q原理 ), nCq^Bp X
zi'Lu ` 4.6.3电光调Q 1 a($8> V- D}U$fw 4.6.4声光调Q #D|!
.I) Xmap9x 4.6.5染料调Q 0`VD!_` YVQ_ tCC_! 4.7激光锁模技术 krQ l ^~@ 5u2{n rc 4.7.1锁模原理 Vl5SL{+D |eH wp 4.7.2主动锁模 ]dP Vtk &\;<t, 3A~ 4.7.3被动锁模 ?1G Y%- '}U_D:o.b 思考练习题4 L.C
^E7;Z_ Qqd6.F 第5章典型激光器介绍 fOa6, 0K=Qf69Y 5.1固体激光器 w)45SZ. +R|U4`12 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 $q Zc!Qc
8q]J;T 5.1.2固体激光器的泵浦系统 k sB ]]el| 5.1.3固体激光器的输出特性 $x?NNS_ "J 6B7< 5.1.4新型固体激光器 zq,iLoY[R 38[)[{G)Hv 5.2气体激光器 nkCecwzr- jrIA]K6 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 mND XzT& 8|1`Tn}o 5.2.2二氧化碳激光器 T?W[Z_D i LF^%!:X% 5.2.3Ar＋离子激光器 l% rx#;=u z7-`Y9Ypd 5.3染料激光器 FhW mO R;H?gE^m- 5.3.1染料激光器的激发机理 J&A;#<qY U {7 3Xax 5.3.2染料激光器的泵浦 "e~k-\ ^Y jr9&.8%W:v 5.3.3染料激光器的调谐 /n c~T3j RS'} nY} 5.4半导体激光器 |r5e{ q\a[S* 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 o:_^gJ+| M(qxq(#{U 5.4.2PN结和粒子数反转 {I`B[, * I^WIa"u_ 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 UQ5BH%EPb %PzQ\c 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 k]Zo-xh4 8O;Vl 5.5其他激光器 zu52 p4 >[a FOA 5.5.1准分子激光器 Q4X7Iu: hF2/
y. :P 5.5.2自由电子激光器 Am= wEu[b wDDx j 5.5.3化学激光器 lj)f4zu ^Z2kq2}a 思考练习题5 Yj)
e$f G-arnu) 第6章激光在精密测量中的应用 [(1O" u,f A! 6.1激光干涉测长 3@G;'|z &} , *\Oj 6.1.1干涉测长的基本原理 oAY_sg+ CD} Ns 6.1.2激光干涉测长系统的组成 :y\09)CJK Gfv(w=rr? 6.1.3激光外差干涉测长技术 X:_<Y_JT Y~az!8j;Z 6.1.4激光干涉测长应用举例 & Cq{
_M ^;zWWg/d 6.2激光衍射测量 Te;gVG * z5 Bi=~=# 6.2.1激光衍射测量原理 \83sSw 4YLs^1'TG0 6.2.2激光衍射测量的方法 +vz` go hY+R'9 6.2.3激光衍射测量的应用 O-j$vzHpdY l)Zs-V!M^\ 6.3激光测距 ]M3# 3Ha" >!}`%pk( 6.3.1激光脉冲测距 #XI"@pD h~w4, T 6.3.2激光相位测距 M/{g(|{ kM!V .e[ g 6.4激光准直及多自由度测量 no C?k }M kJk xx*:u 6.4.1激光准直仪 W/r^ugDV G
AQ
'Ti1! 6.4.2激光衍射准直仪 t+Z`n(> 6^;^r Ulm 6.4.3激光多自由度测量 dv7 <AJ J{Tq%\ a3 6.5激光多普勒测速 f7J,&<<5w r~8;kcu7 6.5.1运动微粒散射光的频率 `U{mbw, !8*Mc O I 6.5.2差频法测速 B
wC+ov= " }b'E# 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 1zjaR4Tf .
uR M{Bs 6.6环形激光测量角度和角加速度 =XT)J6z^" x MI+5b8 6.6.1环形激光精密测角 aV>aiR= m&IsDA n 6.6.2光纤陀螺 W J+> e+ z<pJYpxH 6.7激光环境计量 K m 3&N ([ dT!B#aH 6.8激光散射板干涉仪 3 b s4mCq :EZQ'3X 思考练习题6 Ftv8@l s G, +
第7章激光加工技术 mJC3@V
s rg5]&<Vq8 7.1激光热加工原理 jxw_*^w" W#XG; 7.2激光表面改性技术 gUVn;_ 8g*hvPc 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 = .oHnMX2M }rbZ&IN\?E 7.2.2激光表面熔凝技术 *8)2iv4 [ {J]-<:XD 7.2.3激光熔覆技术 [f!O6moR6 lj2=._@R 7.3激光去除材料技术 5H lWfD 5PZN^\^ 7.3.1激光打孔 Cd]/ 1;&; 5 7.3.2激光切割 KJh,,xI>by XM~~y~j 7.4激光焊接 &uM^0eM t `|,6qEG 7.4.1激光热导焊 I,O#X)O|i Cca0](R*& 7.4.2激光深熔焊 Veji^-0E UG2w 1xqHw 7.4.3激光复合焊 N4UM82N c
~F dx 7.5激光快速成型技术 h`5)2n+ P I*\ ^,ow 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 M> l^%` uQe u4$k! 7.5.2激光快速成型技术 QH@>icAb $'"8QOnJ?k 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 *'ZN:5%H o-eKAkh 7.6其他激光加工技术 Hl7:*] l7b [-w@.^:]X 7.6.1激光清洗技术 V#83 ! O}Le]2' 7.6.2激光弯曲 rdJB*Rlkh `/Y+1 aD 思考练习题7 Gs V4ZZ x?r1s#88> 第8章激光在医学中的应用 lDc;__}Ws |M5-5) 8.1激光与生物体的相互作用 3Wx,oq;4- 3qM Nl> > 8.1.1生物体的 光学特性 H{fM %* w 7#2j>G{?]v 8.1.2激光对生物体的作用 7*+TP~WI or?%-) 8.1.3激光对生物体应用的优点 BW Uq%o,@g JlZ0n; 8.2激光在临床治疗中的应用 < {r u|-9
fCX*R" 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 G?hK9@ |v O/OiQ^T 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 yA7 )Y })> 9 $l> \.6 8.2.3激光在眼科中的应用 F0dI/+ /"#4T^7& 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 `
2%6V)s $3P`DJo 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 4j'd3WGpbN rVryt<2:@r 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 ~+n,1]W_ RtV.d \ 8.2.7光动力学治疗 % XRN]tsu H;KDZO9W 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 e~\QE0Oe : aXR%;]<Dw 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 VOgi7 \ M}F~_S0h 8.3.2激光断层摄影 ;;&F1@3tBa r%=[},JQ 8.3.3激光显微镜 Q~,YbZ-7
<!'M} s 8.4医用激光设备 VWf %v Dy9\O77> 8.4.1医用激光 光源 Ewo~9
4{ c CdX0@hY 8.4.2医用激光传播用 光纤 ) pgrl -|_ir-j 8.5激光应用于医学的未来 ~1(j&&kXet Ok H\^ 8.5.1医用激光新技术 F9Z @x) ?&c:q3_-Z 8.5.2光动力学治疗的前景 \2 !!L=&4G `~F5 wh~ 思考练习题8 nkY@_N ;+_8&wbqW 第9章激光在信息技术中的应用 3 fkk
[U PEXq:TA 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 SN">gmY+ 8b&uU [ 9.1.1半导体激光器 l I-p_K +1`t}hO 9.1.2光纤激光器 v%91k }vh Za p^ 9.1.3光放大器 q~Jq/E"f Px;Cg
6 9.2激光全息三维显示 l[Z)@bC1 v 1.*IV5Y 9.2.1全息术的历史回顾 $RO$}! T1
M Y X 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 M <`|CVl -T_\f?V88 9.2.3白光再现的全息三维显示 $:vkX >mm' - P 9.2.4计算全息图 zK5bO= 0j b`~wG e 9.2.5数字全息术 \ V%_h l YD_]!HK} 9.2.6全息三维显示的优点 /L~m#HxWU 4ke^*g
K< 9.2.7全息三维显示的应用 n Wgv~{,x ^%[F8\}XPJ 9.2.8全息三维显示技术的展望 zVaCXNcbo RUXCq`)"< 9.3激光存储技术 *HlDS22 SI-X[x f 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 !1 :@8q \"^% 90F 9.3.2激光光盘存储 ?]!vRmZ; t _c?Wp~tH 9.3.3激光体全息光存储 49h0^;xlo: HOPqxI(k 9.3.4激光存储技术的新进展 ZF{~ih*^u lOerrP6f( 9.4激光扫描和激光打印机 Pl 8vD3=y K%^ 9.4.1激光扫描 ok0X<MR!I TQ'E5^ 9.4.2激光打印机 optBA3@e! j\2[H ^
9.5量子光通信中的激光源 32>x^>G=> |E^|X!+9 9.5.1量子光通信 2p< Aj ! nX[;^v/ 9.5.2量子态发生器及应用 \
P/W8{ 8z T0_vw 思考练习题9 (B#( Z= u-><}OV f~ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 Ci\ ? ^ ?q$P>guH6- 10.1激光核聚变 2R ptxb_@ VifmZ;S@Y 10.1.1受控核聚变 w|Qd` _z"o1`{w 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 P. V\ov7m2 %z)EO9vtr 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 uMiyq< a$}6:E 10.2激光冷却 eyB_l.U7 nNR:cG fG 10.3激光操纵微粒 ukihx?5 uiMIz?+ 10.3.1光捕获 nVOqn\m- Y!n'" *J> 10.3.2微粒操纵 dR[o|r kL;t8{n 10.4超越经典衍射极限的分辨率 AQh["1 {yJ yT:!%\F9 10.4.1解析延拓 ^H=o3#P~L vLn> 4SK 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 0wvU?z%WK O/9fuEF 10.4.3傅里叶叠层算法 _rjB c ;a 'Y)/~\FI 10.4.4相干谱复用 g
i4 5
,ZRP'oI 10.4.5非相干结构光 照明成像 k3yxx]Rk/ ^!u O(B& 10.4.6超分辨荧光显微镜 1t2cY;vJ i+ic23$4M 10.5激光光谱学 'j# a%j@{ @:gl:mc 10.5.1拉曼光谱 viV-e$s`. 8IOj[&% 0 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
N|N/) X[{\ 3Av 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 Pz
{Ig \e0x ,2 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 =,E' ~P H%T3Pc 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 uXNp!t Y OR~G Ov| 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 u'Pn(A@1R }wL3mVz 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 G>j "cj Sy B-iQn 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 ee\Gl?V N my=~"bw 4 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 Esa6hU# 2K~tDNv7 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 44|03Ty + 1f{ _v 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 :|fl?{E _! ;\R7] 思考练习题10 {4)5]62>u q8tug= c 附录A随机变量 >rRjm+vg S m vwhX A.1概率的定义和随机变量 pfNThMf #nD L A.2分布函数和密度函数
,gx$U@0Z 7t+]z) A.3推广到两个或多个联合随机变量 s 9kTuhoK *fOIq88
A.4统计平均 EyPy*_A P^n{Y ~P=Q 附录B随机过程 ]q37 H j 14;Av{Xt B.1随机过程的定义和描述 BiI{8`M!$x &U8 54 B.2平稳性和遍历性 -ca]Q| m 8 B=^2g}mgK 参考文献 /$<JCN Gv v.]'%+::#  tT E3H_ o RV] p （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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