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。 :_^YEm+A LD5'4,%-  X(1.Hjh i<T`] g 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 A/.cNen kxO$Uk&TX 1.1光的波粒二象性 [C&c;YNp ;J _d% 1.1.1光波 .!`j3W] ]F_u 1.1.2光子 MRa>@Jn??A gi`ZFq@ 1.2原子的能级和辐射跃迁 C/cyqxVl} ;uJVY)7a 1.2.1原子能级和简并度 EUNG&U oDRNM^gz 1.2.2原子状态的标记 6m{3GKaW~ g_q{3PW. 1.2.3玻尔兹曼分布 O
8fh'6 ]l\J"*"aB 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 4f1*?HX& ru U| 1.3光的受激辐射 BvYJ!Vj f{vnZ|WD 1.3.1黑体热辐射 2
o.Mh/D0 ClEtw 1.3.2光和物质的作用 N@) D,~ R"tLu/S n 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 rzex"}/ly KUp
lN1Sy 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 lKa}Bcd
mjw:Z, 1.4光谱线增宽 tV T(!&( [k.<x' # 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 L-Hl .UV y)=Xo7j 1.4.2自然增宽 .|rpj&>g ^v`| 0 z\ 1.4.3碰撞增宽 HWc=.Qq 8L&# <Ol 1.4.4多普勒增宽 _|#)tWy} {!<zk+h$ 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 6.k2,C4dT< }?H |9OS 1.4.6综合增宽 7 6hi@ 7a Er %nSH^" 1.5激光形成的条件 tW 9vo-{+ 05w_/l+ 1.5.1介质中光的受激辐射放大 O8M;q!)y +H+OYQ>^ 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 ) K%AbKn &OsJnkY<< 思考练习题1 &6!x;RB 8?ZK^+]y 第2章激光器的工作原理 rFGbp8(2 4D0"Y #&G 2.1光学谐振腔结构与稳定性 B1\}'g8%f P0|V1,) 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 0<fN<iR` q.~_vS% 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 1_f( ;WOg <kp?*xV]] 2.1.3稳定图的应用 6>zO"9 =M>pL+# 2.2速率方程组与粒子数反转 gP? pfFhG R9^Vk*`gFU 2.2.1三能级系统和四能级系统 3u _[=a 7<=xc'*8t 2.2.2速率方程组 r 1n l! A+_361KH 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 DFcgUEq P|l62!m< 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 I ze+]( lmf vT}$B 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 =#
<!s! !g'kWE[ 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 k+t?EZ6L I r]# u]Ap 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 hxZ5EKBy N2#Wyt8MC 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 ibAZ=RD rO[ cm} 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 VK qIFM1b f#f< Ii 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 iHBetkAu ]Dec/Nnj 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 Ve)P/Zz}^ | Tv}leJF 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 Td(eNe_4 T <hkSbJF 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 wz`\R HL B8.a#@ R 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 n/9.;9b$I >-oB%T 2.5激光器的损耗与阈值条件 Bm"-X:=' *^ aEUp6& 2.5.1激光器的损耗 ; YN`E ! [3 /! 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 W>#[a % R u1 Z ;n 2.5.3阈值条件 #ME!G/ )_C+\K* 2.5.4对介质能级选取的讨论 +}VaQ8ti4 \rj>T6 思考练习题2 JkShtLEr %cO^: 第3章激光器的输出特性 \qf0=CPw8 o|kiwr}Y 3.1光学谐振腔的衍射理论 |E?PQ?P &L[i"1a 3.1.1数学预备知识 5bB\i79$ =f RC$ 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 ='vD4}"j u4#YZOiY)A 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 0Ra%>e(I^ ;A6%YY 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 $fCKK&Wy Uiv4'v Yg 3.2对称共焦腔内外的光场分布 c>Tf@A og> 5jq @ nq6 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 q 4ttmL8 GaCRo 7 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 3,'L W} 6: ~<L!`& 3.3高斯光束的传播特性 Z9G4in8 sWmqx$ 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ?y-@c] P{L S +. 3.3.2高斯光束的相位分布 uO>x"D5tZ: 0bpGPG's& 3.3.3高斯光束的远场发散角 ZZw2m@T> Q'ZZQ 3.3.4高斯光束的高亮度 \gu8 ~zK 6j8\3H~ 3.4稳定球面腔的光束传播特性 &q&~&j'[ #zv&h`gY 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 ,)uW`7 g(auB /0s 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 9M^5<8: LF `] =.Q 3.5其他几种常用的激光光束 9@ 4]t6h[ p$G3<Z&7 3.5.1厄米-高斯光束 NT2XG& $W> k`o8(zPb 3.5.2拉盖尔-高斯光束 tU$n3Bg ,RDW x 3.5.3贝塞尔光束 A;5_/ 2 cNT !}8h^ 3.6激光器的输出功率 dDSb1TM Yecdw'BW? 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 5t-d+vB QW'*^^ 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 C?k\5AzT W[k rq_c- 3.7激光器的线宽极限 E7i/ gY KwV!smi2 3.8激光光束质量的品质因子M2 JB%_&gX)v w2! :>8o: 3.9模式激光的某些一阶统计性质 j\wZjc-j (f^/KB= 3.9.1单模激光的一阶统计性质 @-L\c>rqT U.V/JbXX 3.9.2多模激光的一阶统计性质 c#CV5J\Kk3 C~ A`h=A< 思考练习题3 +=Q:g,kP R :(i}g<3 第4章激光的基本技术 lxCAZa\ S,C c0)j> 4.1激光器输出的选模 4%zy$,|e + *xc4 4.1.1激光单纵模的选取 Q=> 5@sZB d2NFdBoI 4.1.2激光单横模的选取 gG@ 4MXq. <7>1Z
82) 4.2激光器的稳频 E24SD' |) :/%Y" 0 4.2.1影响频率稳定的因素 Kxa1F,dZ l.]wBH#RS 4.2.2稳频方法概述 Xn?.Od( 3s| :7 4.2.3兰姆凹陷法稳频 ,;5%&T mA$86 X_ 4.2.4饱和吸收法稳频 Z9NND mR1b.$ 4.3激光束的变换 SUIJ{!F/ @%*2\8}C! 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 $T#fCx/ *U6+b 4.3.2高斯光束的聚焦 fzw:[z:% !q,7@ W3i 4.3.3高斯光束的准直 &o7PB` (l CbW[_\ 4.3.4激光的扩束 1 <Mb@t IY8<^Q'] 4.4激光调制技术 KQb&7k . :*h1ik4t 4.4.1激光调制的基本概念 J)y g<*/3 d
(x'\4( K 4.4.2电光强度调制 1ig*Xp[ ?>{u@ tYL 4.4.3电光相位调制 U?Dr0w D;[ +6l# hO7h 4.5激光偏转技术 6M`gy|"(~ rm ;U' &{ 4.5.1机械偏转 D!OY <? 1$.svR 4.5.2电光偏转 szhSI bo Ci*] 4.5.3声光偏转 -0 <vmU l'_ ]0%o] 4.6激光调Q技术 ,SNrc wv _aOs8#(X 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q gm,AH85 0,)2\`99#k 4.6.2调Q原理 A D<>)( 0>BI [x@ 4.6.3电光调Q %qo.n v 1\UU" 4.6.4声光调Q "_LqIW1 L7aVj&xM 4.6.5染料调Q Li|~% E1 )D #} /3s 4.7激光锁模技术 4H, c;g=! :L+ xEL 4.7.1锁模原理 #9r}Kr =P Yb`b / BMR 4.7.2主动锁模 z9OpMA jQ 'g'c! 4.7.3被动锁模 z8'zH> 4G' E< ab 思考练习题4 j!!s>7IZ e(a,nZF. 第5章典型激光器介绍 YaSBIq{z S'qT+p P 5.1固体激光器 =y@0i l+V QtG6v<A 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 w9<'0w cs n{M Th_C4n 5.1.2固体激光器的泵浦系统 O9d"Z$~n=j 0iZeU:FE 5.1.3固体激光器的输出特性 UP)< (3YA d9U)O6= 5.1.4新型固体激光器 &PL=nI\) Mb[4_Dc 5.2气体激光器 $ .$nv~f a?nK|Q=e 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 \W TKw x <_t]?XHB[ 5.2.2二氧化碳激光器 "&f|<g 5 l#T %N@X 5.2.3Ar＋离子激光器 |5dNJF8;Q b/m.VL
5.3染料激光器 QgYt(/S 0{ B<A^Bf 5.3.1染料激光器的激发机理 :vEfJSA
1< |O>e=HC#q8 5.3.2染料激光器的泵浦 #o} /' :w5g!G?z 5.3.3染料激光器的调谐 ;>6~}lMgJ {*hvzS{1d 5.4半导体激光器 N2 }Y8aR~ Rzs u 7w 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 D=3Z] 'A c -(dm:
5.4.2PN结和粒子数反转 /ivVqOo fUY05OMZ 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 .-T P 1C *tRsm"} 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 KFO
K%vbM zb4@U=?w} 5.5其他激光器 `W+-0F@Y?@ ~/JS_>e#6P 5.5.1准分子激光器 W/t,7lPFb D]"W|.6@ 5.5.2自由电子激光器
<a=OiY +HUy,@^ Pa 5.5.3化学激光器 CP2wg . T+B-R\@t 思考练习题5 G }l9 [lE 6QT&{|q= 第6章激光在精密测量中的应用 Cc{{9Ud wN%lc3[/z2 6.1激光干涉测长 -R]~kGa6m< H?Sv6W.~ 6.1.1干涉测长的基本原理 nu1XT 1q1 aj1,h)P 6.1.2激光干涉测长系统的组成 GJQ>VI2cY P`Now7!
GW 6.1.3激光外差干涉测长技术
Pvt!G (X\]! 'A 6.1.4激光干涉测长应用举例 :5j+^/ 6qTMHRI 6.2激光衍射测量 u0=&_Q(= 5HHf3E [ 6.2.1激光衍射测量原理 zvq}7, oidK_mU9q 6.2.2激光衍射测量的方法 73'A Q")UJ =ca[*0^Z7 6.2.3激光衍射测量的应用 t@MUNW`Q 4<Pup J 6.3激光测距 k+"7hf=C| R(&3})VOa 6.3.1激光脉冲测距 1Vz^?t: V{q*hQd_3 6.3.2激光相位测距 E`qX|n $*N(feAs 6.4激光准直及多自由度测量 Y-1K'VhT ge?0>U U;~ 6.4.1激光准直仪 [$d]U. E24}?t^| 6.4.2激光衍射准直仪 k1yqe rA J> ,w},` 6.4.3激光多自由度测量 3 !sZA?q *$R9'Yo}F 6.5激光多普勒测速 hPG@iX|V o(?9vU 6.5.1运动微粒散射光的频率 [) >Yp-n 8|\ -(:v 6.5.2差频法测速 G;wh).jG5
)
] Ro 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 s.;' -oA :~W(#T ,$E 6.6环形激光测量角度和角加速度 9S A % ' N\. g+ W 6.6.1环形激光精密测角 ? -3G5yy B K I-Dh 6.6.2光纤陀螺 SD%3B!cpX [X]hb7-&
6.7激光环境计量
IaRwPDj6 ' CJ_&H R 6.8激光散射板干涉仪 dZ* &3.#D5 ARnq~E@1 思考练习题6 ,+h<qBsV@ I
H#CaD 第7章激光加工技术 v) |a}5={ NW;_4g4qE 7.1激光热加工原理 6nsb)7a +T*? ?OW@ 7.2激光表面改性技术 _PC<Td>nm l'2vo=IQ 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 {hf_Xro& Ny`SE\B+/ 7.2.2激光表面熔凝技术 |cu KC \ y,jpd#Y 7.2.3激光熔覆技术 xqlnHf< G nI(w7qhub 7.3激光去除材料技术 ume70ap}m T.;U~< 7.3.1激光打孔 "B"ql-K ? ][/hL@[ 7.3.2激光切割 XJl
3\* !J {[XT 7.4激光焊接 v&9:Wd*Iz' "9Q_lVI|Q 7.4.1激光热导焊 %M8Q6 4/3 w
* 7.4.2激光深熔焊 YaQ5Z-c
8~.8"gQ 7.4.3激光复合焊 >bhF{*t#;y vF@|cTRR) 7.5激光快速成型技术 g.;2N 9 &ns??:\+T 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 N;}X$b5Y @ >OjK0jiPf 7.5.2激光快速成型技术 ?l
@=}WN zt|1tU: 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 yF |28KJ r ~,3 7.6其他激光加工技术 apM)$ :]8A;`G} 7.6.1激光清洗技术 * N{k#d/ cL #zE 7.6.2激光弯曲 QiVKaBS8 `8\" 3 S 思考练习题7 Lew
2Z !VudZ]Sg 第8章激光在医学中的应用 O\]{6+$fm! wF6a*b@v 8.1激光与生物体的相互作用 pD~. "fb 37tJ6R6[ 8.1.1生物体的 光学特性 .]<iRf[\[ N0K <zxR 8.1.2激光对生物体的作用 `tKs|GQf ]D2 d=\ 8.1.3激光对生物体应用的优点 pA@R,O>zr . ubZ 8.2激光在临床治疗中的应用 Y~#.otBL& \qG` ts 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 JV !F< *Kq;xM6Ck 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 8 r0;054 XA69t2J~F 8.2.3激光在眼科中的应用 iM8l,Os]<f ?A I`,*^ 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 ka_R|x G\ 0Uk;&a0s 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 E( *CEW.V* Nh4& 3"g| 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 t|UM2h cvtn,Ml6 8.2.7光动力学治疗 Yfz`or\@= {p(6bsn_#] 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 /kO%aN '8 @4FXK 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Mt~2&$> )g U#[}6H 8.3.2激光断层摄影 mD?={*7% >pq=5Ha& 8.3.3激光显微镜 qyY/:&E, Z $ 93j; 8.4医用激光设备 cj#.Oaeq* [ 4PiQyr 8.4.1医用激光 光源 m'ZxmsFo $JK,9G[Vu 8.4.2医用激光传播用 光纤 P}!pmg6V G*zhy ! P 8.5激光应用于医学的未来 UH5A;SrTqR rPifiLl A> 8.5.1医用激光新技术 "1Y DT-I" Vk1 c14i> 8.5.2光动力学治疗的前景 bWZzb& uxW<Eh4H* 思考练习题8 i$!K{H1{9 6D*x5L-1o 第9章激光在信息技术中的应用 Fj&8wZ)v) h{ EnS5~ 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 3X`N~_+ +\cG{n* 9.1.1半导体激光器 ' |yBz1uL P@P e5H"o 9.1.2光纤激光器 Te>m9Pav EPEn"{;U 9.1.3光放大器 \LM{.g zT _+0c<' 9.2激光全息三维显示 f Q2U | Z?."cuTt 9.2.1全息术的历史回顾 "3Ckc"G@ AASS'H@ 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 F aG&U AnBD~h h 9.2.3白光再现的全息三维显示 ?Vi U%t8J5 9*[!ux7h 9.2.4计算全息图 1#vi]CX r{Z4ifSl( 9.2.5数字全息术 ^`9O$.'@ ]_! . xx> 9.2.6全息三维显示的优点 0P4g 6t}e Y0o{@)Y: 9.2.7全息三维显示的应用 2)|G%f_lS U/{#~P5s 9.2.8全息三维显示技术的展望 Vz uU 0 G mmh&Uj 9.3激光存储技术 uN vdl Y] 6 J3<k (#: 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 $69d9g8-(! _6\"U5*Y 9.3.2激光光盘存储 edfb7prfTl /+?eSgM/ 9.3.3激光体全息光存储 GrM`\MIO S@WT;Q2Z 9.3.4激光存储技术的新进展 (ZD ~Q_O- p $,ZYF~ 9.4激光扫描和激光打印机 *V@t]d $=# %Lfy!] Ru 9.4.1激光扫描 @`rC2-V BvpUcICJ 9.4.2激光打印机 Rs "#gT Ez Xi*/ 9.5量子光通信中的激光源 <
_ <?p& h"ATRr^ 9.5.1量子光通信 ) JA^FQ5N T $o;PJc 9.5.2量子态发生器及应用 n,b6|Y0 81S0: = 思考练习题9 vF'Y; M 249DAjn+ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 d+IN -lR( _ #6*C%a x 10.1激光核聚变 ,o6,(jJU HurF4IsHk 10.1.1受控核聚变 Zy^ wS1io #} `pj}tQ 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 ?l ](RI
oSkvTK$ &i 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 ~Z$Ro/;l #i-b|J+% 10.2激光冷却
lN[ #+n L=kETJ:g 10.3激光操纵微粒 n@//d.T W,[iRmxn 10.3.1光捕获 Z"
dU$ ,n mZL0<vU@^ 10.3.2微粒操纵 .;%`I =nG>a AG 10.4超越经典衍射极限的分辨率 _/h<4G6A H:,Hr_;nC 10.4.1解析延拓 'OsRQ)E - @mcu{& 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 :2AlvjvjZ p1
mY!&e( 10.4.3傅里叶叠层算法 p)* x7~3e u~1 ,88&U 10.4.4相干谱复用 +Sg+% 8T W%< z|
10.4.5非相干结构光 照明成像 x{$/|_ N=c {@h 10.4.6超分辨荧光显微镜 7J5Y zu)D w)"F=33}5 10.5激光光谱学 ~5n?= UMlvu?u2p1 10.5.1拉曼光谱 xgZ<. r OA&r8WK3 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 !.w|+-JKO X6n8Bi9Ik 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 t9&=; s Hn Y.=_G 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 k~=P0"; X@% 4N< 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 qDjH^f Bh()?{q 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 I \('b9"* hj=k[t|g} 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 Cuo"6, M XZj3 x',; 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 f:ep~5] G D x.hM[ 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 8n/[oDc ] jN!sL W 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 kf_*=ER @Zfg]L{Lr 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 x=V3_HI/} {"\pMY'7 思考练习题10 E4xybVo@ __)"-\w-_( 附录A随机变量 9&1$\ZH BqDOo(%1) A.1概率的定义和随机变量 , 4@C % kDc/]Zb% A.2分布函数和密度函数 cEEn R 1 UX)QdT45Mh A.3推广到两个或多个联合随机变量 NP$ D9#
phy:G}F6% A.4统计平均 z#+S f. ]v0=jm5A 附录B随机过程 k j&hn &}VVr B.1随机过程的定义和描述 B'D~Q [B%:!Q)@ B.2平稳性和遍历性 u\=yY. l/56;f\IA 参考文献 6tup^Rlo;$ 2z9N/ SyN  +e&Q<q!,q 6#kK （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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