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。 o `YBz~2 $Cz2b/O  iT'doF ZiPeP 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 z~ t0l . 1kB8 &} 1.1光的波粒二象性 }O\IF}X /43l}6I 1.1.1光波 ,`f]mv l 2Q e&F eT 1.1.2光子 3 Q,&D'];[ '8 .JnCg 1.2原子的能级和辐射跃迁 CnZ!b_ J #Th)^Is 1.2.1原子能级和简并度 J4+K)gWB ;"M6}5dQ4 1.2.2原子状态的标记 9~h W8{# eha|cAq 1.2.3玻尔兹曼分布 vn}m-U XA* NtM>`5{? 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 gvI!Ice# p7QZn.,=u 1.3光的受激辐射 ei-\t
qY_ ,7d/KJ^ 7 1.3.1黑体热辐射 lie ,A C>|.0:[% 1.3.2光和物质的作用 s4fO4.bn m ~cc }yDe 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 /4T6Z[=s '~Y@HRVL@| 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 BL&AZv/T C:J frg` 1.4光谱线增宽 #L R4%}mg ) ,yar9C 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
{&+M.Xn .2& L. 1.4.2自然增宽 #G#gc`S-, c F
5|Pf 1.4.3碰撞增宽 e,|gr"$/ o8X_uKEI 1.4.4多普勒增宽 \- yI
dKj f-18nF7{ 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 m ""+ $ O14QlIk 1.4.6综合增宽 $wAR cS pVc+}Wzh 1.5激光形成的条件 j&X&&=
fG1iq<~ 1.5.1介质中光的受激辐射放大 x*H#?.E 8?iI;( 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 {dZ]+2Z~+ %tP*_d: 思考练习题1 PIU@ }:} igo9~. 第2章激光器的工作原理 0 h A: =r S OI=~BGd) 2.1光学谐振腔结构与稳定性 Bf*>q*%B{ fHd[8{;P: 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 <<!fA ><W X.>=&~[ 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 *b>RUESF c*r H^Nz 2.1.3稳定图的应用 :&wb+tV ;mE n@@{ 2.2速率方程组与粒子数反转 bB?E(>N; 0BDw}E\ 2.2.1三能级系统和四能级系统 2]vTedSOl d@ K-ZMq 2.2.2速率方程组 <7]HM5h I(^ 0/]' 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 op a}z-7>^ K.xABKPVc
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 hnFpC1TO 41<~_+-@ 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 "jAd.x?X7e ~1+6gG 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 }gQ2\6o2g }sH[_%) 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 vS\ 2zwb} :e7\z 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 bVzi^R" ],S QD3~9 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 o=R( DK# U 7}VqXUwabx 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 #V rIU8Q7' ^m%#1Zd 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 #B5,k|"/,M
] :;x,$k 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 RKP, w % kY$EK]s 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 5csh8i'V 12lX-~[[" 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 jM\{*!7b Sy VGm@ 2.5激光器的损耗与阈值条件 c9nR&m8(+ h&i*=&<HP6 2.5.1激光器的损耗 i#V(oSx Nhs!_-_I 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 0 cycnOd ,*iA38d.! 2.5.3阈值条件 KzVi: Hm O#U maNj/ 2.5.4对介质能级选取的讨论 Qel)%|dOn m'N AM%$}J 思考练习题2 n.+ '9Fj F(hPF6Zx( 第3章激光器的输出特性 Zkd{EMW F_*']: p 3.1光学谐振腔的衍射理论 [@Ac# nW)+-Wxq 3.1.1数学预备知识 uHI(-!O AfA"QCyO 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 Z
i6s0Uck w!"L\QT 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 ` 0NU
c)` ==[(Mn,%d 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 -LiGO #U jUm-!SK}q 3.2对称共焦腔内外的光场分布 geR
:FO;\ M )ET 1ZM 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 %NQ%6 B :C_/K(Rkl 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 zufph S| #p( c{L! 3.3高斯光束的传播特性 FFqK tj' s v8-My1toV 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 =v<w29P(g ;3/}"yG<p 3.3.2高斯光束的相位分布 ;JkIZ8! */e$ S[5 3.3.3高斯光束的远场发散角 G^ GIHdo zjUQ] 3.3.4高斯光束的高亮度 5$ =[x!x Ixn|BCi60A 3.4稳定球面腔的光束传播特性 i?/Q7D<P 9&*
7+! 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 Sl8+A+ ]ltCJq 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 :Vxt2@p { sa+
JN^[X 3.5其他几种常用的激光光束 1;/SXJ s E.*hY+kGZ 3.5.1厄米-高斯光束 nDvfb * \ \) d p 3.5.2拉盖尔-高斯光束 ~3 bV~H#~m >3/ mV<g f 3.5.3贝塞尔光束
b*Qd9 |6Y:W$7k 3.6激光器的输出功率 ^P9mJ : (n k g 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 ~S('\h)1 0cG[<\qT 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 T)e2IXGN <ci( 5M 3.7激光器的线宽极限 Y)k "KRW+ h> bj G 3.8激光光束质量的品质因子M2 JAHg_! IER;d\_V< 3.9模式激光的某些一阶统计性质 2@M pWj4 Y A,. C4=s 3.9.1单模激光的一阶统计性质 g ba1R m u9,vH 3.9.2多模激光的一阶统计性质 gN}$$vS d rAJ-ii 思考练习题3 (.$$U3\ [,U l 第4章激光的基本技术 ;}6wj@8He HB p??.r 4.1激光器输出的选模 3_@I E2dA e5AsX.kv B 4.1.1激光单纵模的选取 /HUT6B N $> Ml!J 4.1.2激光单横模的选取 2`Bb9&ut> aO$0[-A 4.2激光器的稳频 #^RIp>NN9 Lf9s'o}.R 4.2.1影响频率稳定的因素 ^N7cX K* iJh{ ,0))g 4.2.2稳频方法概述 "zw{m +7f, hD# Mhy5h 4.2.3兰姆凹陷法稳频 {KSLB8gtL c
k[uvH
4.2.4饱和吸收法稳频 yx#!2Z0hw ,8DC9yM, 4.3激光束的变换
bo/U5p KOR*y(* 8 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 5n>zJ
~ I[A<e]uK 4.3.2高斯光束的聚焦 %l% ad- V {6LS$3}VM 4.3.3高斯光束的准直 l rPIXIM }qGd*k0F0 4.3.4激光的扩束 s -6$C yuq o ^i 4.4激光调制技术 [2Y@O7;n I >G1]#'6; 4.4.1激光调制的基本概念 S9 *68l 0 {d)f1 4.4.2电光强度调制 Y A+R!t:F{ DQObHB8L 4.4.3电光相位调制 xGOmvn^lQ PQi(Oc 4.5激光偏转技术 ~d<&OL bOYM-\
{y 4.5.1机械偏转 GS>YfJ&DZ I<W<;A 4.5.2电光偏转 t0<RtIh9e ~"bBwPI 4.5.3声光偏转 Z9MU%*N BC#`S&R 4.6激光调Q技术 I=Y_EjZ D 1.,KN:qe 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q L 09r|g4Z SPe%9J+ 4.6.2调Q原理 v! DU ewz `o{_+Li9 4.6.3电光调Q E i2M ~/ {Gh9(0,B? 4.6.4声光调Q )~xH! %4F ) C\/ ( 4.6.5染料调Q g^:`h
VV `"V}Wq ?I 4.7激光锁模技术 B)d 4]]4\\
!Qsjn 4.7.1锁模原理 :rk6Stn$z E>|fbaN-% 4.7.2主动锁模 ]" O* & 5ld?N2<8/ 4.7.3被动锁模 6 %` h2Z r_8;aPL 思考练习题4 `Y!8,( 5# =Y^K
第5章典型激光器介绍 \,m*CYs` O#!|2qN 5.1固体激光器 ^VnnYtCRz 00-2u~D& 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 2#qc YU %<|<%~l& 5.1.2固体激光器的泵浦系统 '19 ? 8B "^}y\0 5.1.3固体激光器的输出特性 F *U.cJ% l"h6e$d P 5.1.4新型固体激光器 6 \UIp#X A*|\E:fo 5.2气体激光器 ^P.U_2& Z BH^0 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 m.gv? fG8^ |: 5.2.2二氧化碳激光器 oOLj?
0t BEAY}P(y3 5.2.3Ar＋离子激光器 T`u
,!S |~v2~
5.3染料激光器 }Q^*Zq9- 6@:<62!; 5.3.1染料激光器的激发机理 !F Zg'
9 ^%\MOjSN 5.3.2染料激光器的泵浦 J{5p4bkb n b*`GE 5.3.3染料激光器的调谐 4,=;:#n,J ]Ee$ulJ02 5.4半导体激光器 pz{ ]O_px zG%'Cw)8 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 m,5?|J= ExFz@6@ 5.4.2PN结和粒子数反转 gTLBR @' P ay)P 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 tu ;Pm4q7 >I ;.q|T 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 d<m.5ECC} fL-$wK<p< 5.5其他激光器 ^8dCFw.rU <1QXZfQ" 5.5.1准分子激光器 IF6-VFY:6 Z(LTHAbBk| 5.5.2自由电子激光器 mM{cH=
%z~kHL 5.5.3化学激光器 :N _DJ51 ^q|W@uG-( 思考练习题5 =<K6gC27 iG=Di)O 第6章激光在精密测量中的应用 ZhC ,nbM ttBqp|.?S 6.1激光干涉测长 U+[ "b-c mO8/eVws[M 6.1.1干涉测长的基本原理 <29K!
[ Jy('tfAHp 6.1.2激光干涉测长系统的组成 ]9W7]$ rJRg4Rog 6.1.3激光外差干涉测长技术 P%!=Rj^ 2m PY+ 4OZ$ 6.1.4激光干涉测长应用举例 V&Rwj_Y `Uq X`MFz 6.2激光衍射测量 1FT3d `'pAiu 6.2.1激光衍射测量原理 -]n%+,3L
uZI7,t -7 6.2.2激光衍射测量的方法 AYp~;@ P > `|.@ 6.2.3激光衍射测量的应用 ovi^bNQ K7nyQGS 6.3激光测距 K(WKx7Kky^ ":GC}VIS 6.3.1激光脉冲测距 d..JW{ UG}2q:ST 6.3.2激光相位测距 D`Ka IqLz L9F71bs59 6.4激光准直及多自由度测量 XBO(
*6"E +!$`0v 6.4.1激光准直仪 Zp9kxm ' Bx5kqHp^1 6.4.2激光衍射准直仪 OkCAvRg ^r mQMjF
6.4.3激光多自由度测量 IcGX~zWr K%Bz6 ~ 6.5激光多普勒测速 ~ CdW: t Hk(=_[S 6.5.1运动微粒散射光的频率 Mq 'm
TM {OOn7= 6.5.2差频法测速 VYt<j<ba ibG>|hV 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 w8 `1'*HG
`46.! 6.6环形激光测量角度和角加速度 Q( e sH > zsc 6.6.1环形激光精密测角 m
- hZ5 i &
Y2xO 6.6.2光纤陀螺 :M<] 6o n1:q:qMR1 6.7激光环境计量 k,f/9e+# PrA(==FX/ 6.8激光散射板干涉仪 mm.%Dcn ]0j_yX 思考练习题6 L'
bY,D(J> s{j A!T} 第7章激光加工技术 9.il1mAKg (oG.A 7.1激光热加工原理 bX` Gv + ='m%Iq7X 7.2激光表面改性技术 vAqj4:j 6<R[hIWpZ} 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 ZmNNR 1%/ n=AcN 7.2.2激光表面熔凝技术 ek0!~v<I .`V$j.a 7.2.3激光熔覆技术 U%[ye0@: +%u3% } 7.3激光去除材料技术 c" p Oi& aql8Or1[ 7.3.1激光打孔 = _{gqi$Mi 7.3.2激光切割 As`=K$^Il. @qj ]`}Gx' 7.4激光焊接 7mMMVz2 Jmi,;Af'/ 7.4.1激光热导焊 !\9 ^|Ef? I0z 7bx 7.4.2激光深熔焊 AS re@pW g.vE%zKL 7.4.3激光复合焊 )5gj0#|CG@ Xc}XRKiy{ 7.5激光快速成型技术 X{OWDy o)^ W z 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 n+te5 _F ~1[n@{*: ( 7.5.2激光快速成型技术 z ynu0X d!YP{y P 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 isQOt *
i |%mZ|,[ 7.6其他激光加工技术 +F2OPIanT~ 19#>\9* 7.6.1激光清洗技术 w}zmcO:x PPIO<K 3` 7.6.2激光弯曲 zyUS$g]& v^8sL` F 思考练习题7 V
K 7 @z{SDM 第8章激光在医学中的应用 ]a4+] vLK kP ,8[r 8.1激光与生物体的相互作用 ^-[
I;P 'xGhMg R; 8.1.1生物体的 光学特性 r]Wt! oHm5 |D"L!+J-$ 8.1.2激光对生物体的作用 hpb|| V #~"IlBk\ 8.1.3激光对生物体应用的优点 Zr2!}jD9a 1BZ##xV*:G 8.2激光在临床治疗中的应用 ]rH[+t- H>+])~# 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 , 6X;YY #X?[")R 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 7Y(Dg`8 G j2UQQFh 8.2.3激光在眼科中的应用 ['. ]) 3?]81v/ 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 85q/|9D )Ak #1w&q 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 PENB5+1OK rxu_Ssd@" 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 BO w[*hM 8X"4RyNSn 8.2.7光动力学治疗 zdRVAcrwQ tjb$MW$(' 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 ]B=*p0~j^n *YvtT (Gt 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 w.(W G+ uH%b rbrU 8.3.2激光断层摄影 otR7E+*3 ION o&~-l 8.3.3激光显微镜 (4/"uj5 zdrP56rzZ 8.4医用激光设备 |xFA} nsU7cLf"^V 8.4.1医用激光 光源 *m+F Myr ISs &1`Y 8.4.2医用激光传播用 光纤 f^B8!EY#: s0f+AS|} 8.5激光应用于医学的未来 ~^Cx->l bXF8V 8.5.1医用激光新技术 Kgr<OL}V J ZY `9 8.5.2光动力学治疗的前景 q| 1%G Nb -EP1Rl`\ 思考练习题8 S u6kpC!EW 0j!3\=P$ 第9章激光在信息技术中的应用 E0 +L?(; w)+1^eW 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 K
$- * p ;}`PW 9.1.1半导体激光器 8fP2qj0 Rh^@1{yr 9.1.2光纤激光器 P ljPhAce !?JZ^/u 9.1.3光放大器 qr%N /7 |JIlp"[ 9.2激光全息三维显示 ~Yk^(hl2 >=; -: 9.2.1全息术的历史回顾 ojn O69v
%lnkD5 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 by
@q g: q=88*Y 9.2.3白光再现的全息三维显示 6I"KomJ9 )v_Wn[Y.H 9.2.4计算全息图 FJtmRPP[r :K O&j"[ 9.2.5数字全息术 V*\hGNV 8)9-*Bzj 9.2.6全息三维显示的优点 P-4$Qksx z)C/U 9.2.7全息三维显示的应用 i&>^"_4 rc (1D1;J4g 9.2.8全息三维显示技术的展望 Sz Mh hO8xH +; 9.3激光存储技术 i-v: % ,@f"WrQ 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 L'{W|Xb+ h^=;\ng1l 9.3.2激光光盘存储 {FvFah Hj{ .{V 9.3.3激光体全息光存储 0 (-4"u>? b=lJ`| 9.3.4激光存储技术的新进展 xS1n,gTA &B(z**+9 9.4激光扫描和激光打印机 JGHj(0j `YqtI/-w 9.4.1激光扫描 wx3_?8z/O jI\@<6O 9.4.2激光打印机 7zw0 g~+ 8<Iq)A]'Z 9.5量子光通信中的激光源 gvT}UNqL ]`$yY5 &W0 9.5.1量子光通信 h-ii-c?R@0 T)I)r239h 9.5.2量子态发生器及应用 L&k CI`Tb >S:(BJMo 思考练习题9 }2; P`s 0R)x"4Ww 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 \o[][R#D nvrh7l9nX 10.1激光核聚变 ZXb|3|D B ZW03e8| 10.1.1受控核聚变 j OfG}:>e\ Jd7chIK 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 s*Qyd{" z P y
v> 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 hb; CpA KU U {X~w 10.2激光冷却 y5eEEG6 l3Zi]`@r 10.3激光操纵微粒 fPD.np} As46:< !2 10.3.1光捕获 &qg6^& >)M1X?HI5 10.3.2微粒操纵 ^ l#6Es VVSt,/SO 10.4超越经典衍射极限的分辨率 GxzO|vFQ 2ul8]= 10.4.1解析延拓 4q] 6[/ 1@ OpvO5 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 `$> Y C,+ 10.4.3傅里叶叠层算法 X?t;uZI^ .4v?/t1 10.4.4相干谱复用 q~> +x?30 fhN\AjB6Td 10.4.5非相干结构光 照明成像 W |8VE,"7 &7\}S qp 10.4.6超分辨荧光显微镜 PoaCnoNS Sa<(F[p` 10.5激光光谱学 =i vlS {*+J`H_G2a 10.5.1拉曼光谱 ;av!fK F3( Sb M- 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 dGk"`/@ `C: 7 N=9 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 YtvDayR> ~RVlc;W 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 #3*cA!V.< "mBM<rEn* 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 d;dT4vx$[M wuXQa
wo 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 q <3La(^/ P 0m9($JBD 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 pZS]i
" g "Du]_, 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 X8m-5(uW /g>-s&w 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 &UH0Tw4 Brxnl, %\ 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 @@*x/"GJG K@=u F 1? 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
VX&g[5zr \Ebh6SRp\ 思考练习题10 =aB +|E E pF9& ) 附录A随机变量 @}6<,;|DQ s~Ivq+ipr; A.1概率的定义和随机变量 Kkq-x'gt^ 1f+A_k/@ A.2分布函数和密度函数 Z]uc *Ed NB<8M!X/ A.3推广到两个或多个联合随机变量 L@O>;zp ; C<teZz8/w A.4统计平均 ]a/dvj} VB90 5 % 附录B随机过程 jo&j<3i f 4pIF"U9> B.1随机过程的定义和描述 s/@uGC0> dCM &Yf}K B.2平稳性和遍历性 ZhCd** ffk >IOH 参考文献 {wM<i {f/]K GGk  l4T[x|')M ` =pA;R9 （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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