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。 %$b
5&>q WS;3a}u  r,F'Jd5 l*h6 JgU 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 e& E*$G@.7 qlSMg;"Ghw 1.1光的波粒二象性
i2y?CI e7<~[> g) 1.1.1光波 ')_jK',1 \2 W( >_ z 1.1.2光子 2PRGwK/ CvlAn7r,@ 1.2原子的能级和辐射跃迁 )U8F6GIC&} i3YAK$w;& 1.2.1原子能级和简并度 R d 2* y#r=^r]l) 1.2.2原子状态的标记 ${`\In_?O /bg8oB4 1.2.3玻尔兹曼分布 #E>f.:) 75<E 0O 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 LM0 TSB? .2OP>:9F 1.3光的受激辐射 l46O=?usDX x'}{^' }/ 1.3.1黑体热辐射 8 # 0? H3MT.Cpd 1.3.2光和物质的作用 |U12 fuQ <;M 6s~ 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 AX[/S8|6 a]75z)X R 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 *,mbZE=< ^
.>)*P 1.4光谱线增宽 @@}A\wA- ;b(/PH!O 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 ~ 5`Ngpp v )BUt,A 1.4.2自然增宽 ^1}}- 9q vw3%u+Z& 1.4.3碰撞增宽 uI.4zbgl[ 2N `Vx3 1.4.4多普勒增宽 gn7pIoN O=ci"2!\- 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
RtK/bUa N\mV+f3A@, 1.4.6综合增宽 SrU,-mA W ?DM-C5$ 1.5激光形成的条件 :N(L7&< 3
nb3rHQ 1.5.1介质中光的受激辐射放大 0s= GM|y PE+N5n2Tl 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 Z$Qlr:7 & 9IMZAo 思考练习题1 S =eP /
e( j"u;= 第2章激光器的工作原理 lYU_uFOs\ 2x'JR yef 2.1光学谐振腔结构与稳定性 ptYQP^6S [ (iH5F9WO 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 Z5_MSPm @~/LsYA: 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 eRC@b^~ zI(b#eUF
2.1.3稳定图的应用 #2|sS |0 < si0jXue~j\ 2.2速率方程组与粒子数反转 e$ E=n P !6r`d 2.2.1三能级系统和四能级系统 ,c}Q;eYc3 liPUK # 2.2.2速率方程组 ]'M Ly#9 z$ H
|8L 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 dLG5yx\js J1&G1\G|s= 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 '0z@Jevd? P#" vlNa 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 F6YMc dU /tx_I(6F?| 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 Uo5l
=\ yAXw?z!`O 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 '9H]S Ew #W'jNX,h 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 5H`k$[3V &`0heJ
5Yn 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 *_3+ DF (Kv[~W7lb 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 [P,1UO|$B p g fI1`h 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 D@FJVF7c a4O!q;tu7 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 9Jaek_A` i{!i %`" 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 #2{ } ;) G S4!c8> 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 lRX*\ M\` [gQ* y~N 2.5激光器的损耗与阈值条件 &3'II:x( bY&s $Ry3" 2.5.1激光器的损耗 kMf]~EZ? 66Hu qo 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 -@<k)hWr \c_1uDRoUn 2.5.3阈值条件 Skq%S`1%Q {pm>F}Cwy 2.5.4对介质能级选取的讨论 /DJyNf* ,=R->~ J 思考练习题2 4Ts5*_ sq\oatMw[ 第3章激光器的输出特性 =0MW+-
C$-I DBXK 3.1光学谐振腔的衍射理论 *GTCV xu TCv}N0 3.1.1数学预备知识 5! NK %koHTWT+ 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 C$b$)uI; XW%!#S&;X 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 K.dgQ-v n %, XyhS5[o 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 wBA[L}
/ F5g@ X& 3.2对称共焦腔内外的光场分布 WpW nwQY`# KaZ$ !JfT 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 th2 a'y=0 9=&LMjT Q 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 Sz.jv#Y Yq $(Ex 3.3高斯光束的传播特性 wMT?p/9Blm '&xv)tno 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 x3MV"hm2 !/B XMj,= 3.3.2高斯光束的相位分布 1ZOHyO ! dv 3.3.3高斯光束的远场发散角 N ;9@-Tb d@8=%x: 3.3.4高斯光束的高亮度 ? R&,1~h >u4%s7 v 3.4稳定球面腔的光束传播特性 %S]H 1t
WKH 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 +3(1QgYM% H B_si 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 =P<gZ-Cm ^^qB=N['; 3.5其他几种常用的激光光束 ,)@Q,EHN; S2HGf~rE 3.5.1厄米-高斯光束 AhZ8B'Ee BHy#g>KUF 3.5.2拉盖尔-高斯光束 Q
*![u5# \`Db|D?oy 3.5.3贝塞尔光束 7q<I7Wt (A}# #h 3.6激光器的输出功率 OQ;DqV ]2T =%(* 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
6'3@/. Ix93/FAn 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 #joGIw G9TK)Nz 3.7激光器的线宽极限 <(TTYf8lS Yc/Nz(m 3.8激光光束质量的品质因子M2 (Eq0 |"cj & B1d+.+ 3.9模式激光的某些一阶统计性质 2$.
u bA z _~ 5c 3.9.1单模激光的一阶统计性质 .cdm@_Ls RMMx6L|-: 3.9.2多模激光的一阶统计性质 [cv7s=U% 7SE\(K=<% 思考练习题3 _%Sorr g4cmYg3 第4章激光的基本技术 'j6PL; ~c ~+d?d6*c 4.1激光器输出的选模 //2G5F ; u>Z; /kr 4.1.1激光单纵模的选取 ,F`:4=H % R?a)2jl 4.1.2激光单横模的选取 8zS't2
u Yv\.QrxPm 4.2激光器的稳频 h?jy'>T?b2 WX&Man!f 4.2.1影响频率稳定的因素 <7fF9X !2s<
v 4.2.2稳频方法概述 =/&ob%J)9] J?&lpsB3_l 4.2.3兰姆凹陷法稳频 Y0:y72mK 4h\MSTF* 4.2.4饱和吸收法稳频 o qH811 <"Z]S^>$
4.3激光束的变换 [8l;X: +/y 3]} 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 (" <3w2Vlh /.l8Jb4 4.3.2高斯光束的聚焦 xWWfts1t O?/\hZ"&c 4.3.3高斯光束的准直 c+c3C8s*8 -(V]knIF 4.3.4激光的扩束 Me;@/;c( :uy8$g*;TE 4.4激光调制技术 rs2G{a Nlemb:'eP3 4.4.1激光调制的基本概念 %B5.zs]Of
s. &ewf\ 4.4.2电光强度调制 Z [<rz6%cB gVjI1{WTK 4.4.3电光相位调制 0 {#c !7 "-9n 4.5激光偏转技术 H6X]D"Y, ]S4 TX 4.5.1机械偏转 0 Po", \^ KSU?Tg&JR 4.5.2电光偏转 -f IX6 R L7OFfMe 4.5.3声光偏转 ":E
7#9 ?3~]H 4.6激光调Q技术 m,NUNd#)\ G{
~pA4 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q 5 fY\0 xzTTK+D@ 4.6.2调Q原理 o ?@,f/" 5 V1 T?T9m 4.6.3电光调Q k0~mK7k ZnSDq_Uk 4.6.4声光调Q 3on]#/"1b ieXhOA 4.6.5染料调Q ] 4wyuP,up &^$dHr6v 4.7激光锁模技术 v J9U w ~&B{"d 4.7.1锁模原理 N)|mA)S) w=5 D>] 4.7.2主动锁模 u&Ts'j ,DsqKXSU 4.7.3被动锁模 ~H!s{$.5 CnyCEIO- 思考练习题4 3;( ;'5|Z Wh6jr=>G 第5章典型激光器介绍 xp-.,^q\w <+@?V$& 5.1固体激光器 ][3H6T!ckL -3`S;Dmn 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 K0$8t%Z. / 4{ 6` 5.1.2固体激光器的泵浦系统 V)#se"GV .O! JI"? 5.1.3固体激光器的输出特性 &TYTeJ] 2>BWu 5.1.4新型固体激光器 1H sfCky{ % B+W#Q` 5.2气体激光器 epM;u {`5Sh1b 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 U5Say3r zvv<w@rX 5.2.2二氧化碳激光器 .w=( G 6v p\ ~J 5.2.3Ar＋离子激光器 ^_W + K s
8 5.3染料激光器 6)63Yp( G q%q x4 5.3.1染料激光器的激发机理 1| $V !]AM#LJ 5.3.2染料激光器的泵浦 7x` dEi< xL8r'gV@ 5.3.3染料激光器的调谐 2z9\p%MX |h BX" 5.4半导体激光器
~/Gx~P] /RD@ [ 8 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 {( ;dHF%{ lnuf_;0 5.4.2PN结和粒子数反转 $D{ KXkrd 1OB,UU"S$ 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 8xs}neDg* 7PQ03dtfg 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 'z$ BgXh\ (IdXJvKU! 5.5其他激光器 k "_i7 On
x[}x 5.5.1准分子激光器 umPd+5i IvuKpX>* 5.5.2自由电子激光器 O[ tD7 !1 m(MPVY<X 5.5.3化学激光器 <vxj*M; Zzy!D 思考练习题5 .B 2?%2S *J^l
r"%c 第6章激光在精密测量中的应用 `4^-@} x'IVP[xh`A 6.1激光干涉测长
o !:V=F X(s HFVU+ 6.1.1干涉测长的基本原理 wdS4iQD /5 cFa 6.1.2激光干涉测长系统的组成 _,*ld#'s vv='.R, D 6.1.3激光外差干涉测长技术 VB
53 n' nx{_^ sK 6.1.4激光干涉测长应用举例 j{k]8sI,H] wz1fx>Q 6.2激光衍射测量 mZGAl1`8 U caLi& 6.2.1激光衍射测量原理 oU/CXz?H )P&>Tc?;z 6.2.2激光衍射测量的方法 \XDc{c] "^sh:{ 6.2.3激光衍射测量的应用 SN
w3xO!;& U*Q1(C 6.3激光测距 tBR"sBiws LxD >eA 6.3.1激光脉冲测距 u,h ,;'J fL^+ Qb} 6.3.2激光相位测距 h)S22 3[ $ =
uz 6.4激光准直及多自由度测量 2R }9wDP QuG=am?l` 6.4.1激光准直仪 =W+ h.? =Xwr*FTr 6.4.2激光衍射准直仪 s?qRy
2 i WCR 5c= 6.4.3激光多自由度测量 Qs v3`c 5R^e 6.5激光多普勒测速 &8kc0Z@y 3&H#LGoV$ 6.5.1运动微粒散射光的频率 +Fn^@/?yC ryhme\%l;f 6.5.2差频法测速 Kob i! k jCXP 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 eN*=wOh hN0Y8Ia/5% 6.6环形激光测量角度和角加速度 8GRp1'\Hi &yu3nA:7D 6.6.1环形激光精密测角 $U3|.4 7 Jm &z/ 6.6.2光纤陀螺 I Zr~h9 4J #F;#iA 6.7激光环境计量 QU` M5{# &/%A 9R, 6.8激光散射板干涉仪 W6N3u7m rb DV={bcQ 思考练习题6 x3 ./ m8Wv46% 第7章激光加工技术 e_eNtVq I ` `S%`h 7.1激光热加工原理 _e2=BE`W) Yd} Jz 7.2激光表面改性技术 u\L=nCtLby <M d yz! 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 .Vohd@s9l Vjv~RNGF 7.2.2激光表面熔凝技术 5m.{ayE 1iS]n;xcl/ 7.2.3激光熔覆技术 G~$.Af!9W ,r$k79TI 7.3激光去除材料技术 hxwo<wEg s& INcjC 7.3.1激光打孔 s ^atBqw, 'VgdQp$L$ 7.3.2激光切割 Vrwy+o>:X U8f!yXF' 7.4激光焊接 [#+yL iD;pXE{2s% 7.4.1激光热导焊 ].=~C"s,a NNKI+!vg 7.4.2激光深熔焊 :K:oH}4oh |E%i
t?3M 7.4.3激光复合焊 d|P,e;m- I :~KF/q 7.5激光快速成型技术 cRR[ci34k \a_75^2 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 K;:_UJ>t ^M:Y$9r_s 7.5.2激光快速成型技术 D d: T FZo iy<|<*s2D 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 y4 @zi "G Y/%(4q*' 7.6其他激光加工技术 S]}hh,A $nkvp`A 7.6.1激光清洗技术 `l#|][B)g$ ,A$#gLyk< 7.6.2激光弯曲 fbT q?4&Q m;_gNh8 Ee 思考练习题7 #[
H4`hZ (6y[,lYH 第8章激光在医学中的应用 } @)r\t4m (G>S` B 8.1激光与生物体的相互作用 b7^Db6qu ab}Kt($ 8.1.1生物体的 光学特性 F
K7cDaI 2`|gnVw 8.1.2激光对生物体的作用 ;+Dq 3NE N$!aP /b 8.1.3激光对生物体应用的优点 @5[" L 9}[UZN6 8.2激光在临床治疗中的应用 G! u+~{g *]7$/%. D 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 Jbv[Ql# ? M/H{ 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 Kl Kk?6 > vcmB)P-T`O 8.2.3激光在眼科中的应用 s|`Z V^R iL$~d@AEn 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 &'V 1p4' PM?F;mj 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 <Jf[N= QX`T-)T e 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 %W(/W9B$/F X([8TR 8.2.7光动力学治疗 S"@/F-
81 mA?fCs 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 fi,h`mdT? sTS Nu+ 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 1_jd1 UT N^TE
;BM 8.3.2激光断层摄影 *y0=sG1+D KLBX2H2^0 8.3.3激光显微镜 +%~/~1 tKX +eA] 8.4医用激光设备 J#*%r) *U mWcFoF 8.4.1医用激光 光源 (a9>gLI0 ng{ "W| 8.4.2医用激光传播用 光纤 &)$}Nk S8d X8,qg 8.5激光应用于医学的未来 W\pO`FL ln2lFfz 8.5.1医用激光新技术 iD${7
_ c-y`Hm2" 8.5.2光动力学治疗的前景 J Q% D6b V{{Xz: 思考练习题8 &cSZ?0 R fe4Ki 第9章激光在信息技术中的应用 '* eeup Bln($lOz 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 wj{[g^y% | zyO; 9.1.1半导体激光器 /wX5>^ 'JRYf;9c 9.1.2光纤激光器 *~\R0ddz \0fk^
9.1.3光放大器 u Wxl\+_i )?MUUI : 9.2激光全息三维显示 KK';ho,W '/'dg5bfV 9.2.1全息术的历史回顾 UGP,/[XI J|aU}Z8m 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 l3:2f-H EM7Z g 6 5 9.2.3白光再现的全息三维显示 ku5vaP( KQTv5|$? 9.2.4计算全息图 G @+R!IG ~zYk,;m 9.2.5数字全息术 EdTR] }8 +A-z>T( 9.2.6全息三维显示的优点 1W'0h$5^" %PlA9@:IZ 9.2.7全息三维显示的应用 Y=ksrs>w fZavZ\ qU 9.2.8全息三维显示技术的展望 E*"oA1/I ]n e 9.3激光存储技术 0^83:C
^{ 4ATIF ;G'< 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 jdX * Bp- e< : 9.3.2激光光盘存储 /@?lV!QiO &&ZX<wOM 9.3.3激光体全息光存储 2C AR2V| VZ$^:.I0 9.3.4激光存储技术的新进展 w_P2\B^ \IP
9EF A 9.4激光扫描和激光打印机 kfgkZ"9 9/JB n 9.4.1激光扫描 ?k^~qlye _>E=.$ 9.4.2激光打印机 mRIBE9K+& r1BL?&X- 9.5量子光通信中的激光源 FGzn|I w/e?K4 9.5.1量子光通信 l kW5 <s_ 3}lIY7 O 9.5.2量子态发生器及应用 8`z 6 xLQ 思考练习题9 <-DQ( 0xg ldn KV&N 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 9y*2AaxW *)L~1;7j> 10.1激光核聚变 mLfY^&2Pr $ ZkT G 10.1.1受控核聚变 'fYF1gR4 l:~/%= 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 PlR$s \ #N))gAQ 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 .=zBUvy >P ~j@Lv 10.2激光冷却 "?^#+@LV 2(f-0or( 10.3激光操纵微粒 +DaKP)H \: +~"(Wooi 10.3.1光捕获 Q<Qd*v &- +ryB*nT 10.3.2微粒操纵 FXul
u6"SX *i {e$Zv' 10.4超越经典衍射极限的分辨率 Xp9 ]
9H. kqjj&{vPFJ 10.4.1解析延拓 yO`
| X Fj46~#ZZ 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 6mqp`x` ECk3Da 10.4.3傅里叶叠层算法 \U<d)j/ aeDhC#h 10.4.4相干谱复用 "m`}J*s" Zb&"W]HSf 10.4.5非相干结构光 照明成像 %2\6.c =c \Vpv78QF; 10.4.6超分辨荧光显微镜 $o/i /
wcj KA>QW[HX 10.5激光光谱学 juI)Do 2_ @1D3E = 10.5.1拉曼光谱 JNo[<SZ b tRo` @eEX 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 %F x ^" v l~HV8MAv 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 w '9!%mr j Od+LXPJ 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 |;\pAZ2 %rV|{@J ` 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 vdigw.=z ZYt1V "2VJ 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 $)$ _}^.k 4 !m'9 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 0oZZLi Q.fUpa v 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 u@tH6k*cBz q/Zs]Gz 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 wYLodMaYH jz S iw z 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 U'u_'5 { mDk6@Gd@U 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 qMoo#UX {-Gh 62hDg 思考练习题10 6uTC2ka[&R ^"~r/@l 附录A随机变量 dc0&*/`: 4 Dy1M}7 A.1概率的定义和随机变量 abv *X 1 Z>l|R C A.2分布函数和密度函数 Nwd rJ w9 1CR\!? A.3推广到两个或多个联合随机变量 +d?|R5{3 x!7r7|iV A.4统计平均 x$t2Y<_ ex^ 9 l b 附录B随机过程 7w]3D +4 3~4_Oj B.1随机过程的定义和描述 zhbSi w ,N;2"$+E B.2平稳性和遍历性 $|@pY| f )a5ON8? 参考文献 bxzx@sF2l V(:wYk?ZR  KYwUkuw) i8p$wf"aW （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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