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。 oiyzHx c`WHNky%j 9}uW}y J >teO m?@U 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 IlE_@gS8 @@rEs40 1.1光的波粒二象性 pT1[<X!<s OD 3f.fT 1.1.1光波 vab@-=%k 6{ +{lBm=y 1.1.2光子 ^;maotHn RE=+ Dz{ 1.2原子的能级和辐射跃迁 ivz>dJ ?T S:q3QgU=X 1.2.1原子能级和简并度 \nB8WSvk2W
wm")[!h)v 1.2.2原子状态的标记 oY|,GvCnK R8UYP=Kp 1.2.3玻尔兹曼分布 lGk{LO) 3g~^[&|i 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 | ),'9 /43-;"%> 1.3光的受激辐射 D8nD/||;Z ''^Y>k 1.3.1黑体热辐射 rs*Fy@ M$d%p6Cv 1.3.2光和物质的作用 NeBsv= [- O Xi@c;F 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 drd/ jH& 4)4+M 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 u#A<hq; UMp/ \ &0 1.4光谱线增宽 -}4NT{E c$`4*6 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 `#QG6/0 }%`~ T>/ 1.4.2自然增宽 z rv#Xa!O\ ww{_c]My 1.4.3碰撞增宽 l?DJJ|> O 7 Irau_ 1.4.4多普勒增宽 k@D0 {z 1 s*.A6EP" 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 p,<&zHb >K |U k"
{ 1.4.6综合增宽 ; HBC Ue<_ y "<))-MH 1.5激光形成的条件 ~!d/8?! Z!&Rr~i
< 1.5.1介质中光的受激辐射放大 ;.Ie#Vr1N N+)?$[ 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 ,j ',x\ <{: 思考练习题1 c$,_>tc P hv$m4,0WB 第2章激光器的工作原理 3!o4)y JWx \^K&vW; 2.1光学谐振腔结构与稳定性 q7m6&2$[ Ei3zBS?J) 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 EIbXmkH l< dj&}Gedy 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 q *AQq= HXVBb%pP 2.1.3稳定图的应用 HygY>s+3[
]G}B 0u3 2.2速率方程组与粒子数反转 Xvo k1NM,
\#x}q'BC4 2.2.1三能级系统和四能级系统 RF!1 oZ eL.7#SIr} 2.2.2速率方程组 ^D_/=4rz8 + ~U=C9[gj 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 wFIh6[3 (5Tvsw` 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 `}no9$l~ f Ka\7{R 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 5[9 bWB{ ]AS"z< 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 ZDYJhJ. '69ZdP/xX 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 z N_:nY> oXt ,e 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 6`"M QI[}( O7#6 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 A ?"h@-~2 Q1&P@Io$ 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 & Rz,
J] =vh8T\ 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 hvt@XZT agOk*wH5 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 "x&C5l}n pY^9l3y^ 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 i(wgB\9i4 AzpV4(:an. 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 f.pkQe( qq0?e0H 2.5激光器的损耗与阈值条件 M_D6i%b^ 8C.!V =@ \ 2.5.1激光器的损耗 S HqyvF 3rf#Q }" 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 9-bG<`v\E .Nx
W=79t 2.5.3阈值条件 mf|pNiQ , g>7Y~_} 2.5.4对介质能级选取的讨论 re,.@${H *R`MMm 思考练习题2 Yi rC* ;
a/cty0Ch 第3章激光器的输出特性 X`\ :_| kJ: 2;t= 3.1光学谐振腔的衍射理论 K{ }4zuZ "t&{yBQ0u 3.1.1数学预备知识 JF qf;3R ?9u4a_x 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 0%)5.=6 ! Zw f
397 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 0v"&G<J `:-J+<` 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 H] qq ~bO[ nY) .|\|i 3.2对称共焦腔内外的光场分布 Gbd?%{Xc- <qiICb)~ 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 /?zW<QUI .:;fAJPf 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 fEu9Jk u5gZxO1J5 3.3高斯光束的传播特性 !J.rM5K ,p, Du
F 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 A "/aGCG0z WhU a^ 3.3.2高斯光束的相位分布 i1/}XV { >.>7{7 3.3.3高斯光束的远场发散角 GMFc K= iA z UaF 3.3.4高斯光束的高亮度 B {i&~k z(d4)z 8'6 3.4稳定球面腔的光束传播特性 8SD}nFQ f
L k"tW 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 O=O(3Pf> eECj_eH- 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 Ry%YM ,K3 %^^h) Wy} 3.5其他几种常用的激光光束 qU6BA \ZL R;=6VH 3.5.1厄米-高斯光束 8D~D d!~P k`IrZ HMw 3.5.2拉盖尔-高斯光束 j-P^Zv};u 5K(n3?1z) 3.5.3贝塞尔光束 x9*ys;~w Hz4u Z*7\| 3.6激光器的输出功率 ip5u_Xj ? vXPuyR<J 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 U3q5^ {0d/ ~ M[>m~8 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 $PfV<Yj'B ty;o&w$ 3.7激光器的线宽极限 &@'V\5G &kq7g Cd 3.8激光光束质量的品质因子M2 7dhn' TW L9'- 3.9模式激光的某些一阶统计性质 .5k^f5a Y_shy6" KH 3.9.1单模激光的一阶统计性质 5k `e^ARf y84XoD Q 3.9.2多模激光的一阶统计性质 ?lG;,,jc,W bG1 of sU 思考练习题3 }` @?X "r = P8 ~n2V 第4章激光的基本技术 & @oq~j_7 3V!x?H$ 4.1激光器输出的选模 lvig>0:M ?',}? {"c 4.1.1激光单纵模的选取 QW:Z[?39^ HU.1":.; 4.1.2激光单横模的选取 [b pwg&Oo W ) 4.2激光器的稳频 C_89YFn+ .hnF]_QQ 4.2.1影响频率稳定的因素 Kk56/(_S 6 NKF'zh 4.2.2稳频方法概述 ~ )!VV) 9/Q S0 4.2.3兰姆凹陷法稳频 c; d"XiA \E m-.%c 4.2.4饱和吸收法稳频 {C, #rj H O G=c!b 4.3激光束的变换 nvwDx*[qN {9,R@>R 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 |3W3+Rn! s2%0#6c'c 4.3.2高斯光束的聚焦 zVn* !c *@=fq|6l 2 4.3.3高斯光束的准直 )[RpZpd`* 2w;G4 4.3.4激光的扩束 K-ju ,4A rGAFp,}-f 4.4激光调制技术 3Y=,r!F.h sF,
uIr/ 4.4.1激光调制的基本概念 se"um5N- T=O l`?5 4.4.2电光强度调制 =NI.d>kvC xQ_:]\ EZ 4.4.3电光相位调制 AIf[W">\ \_)02ZT: 4.5激光偏转技术 }$&);7(w -!JlM@ 4.5.1机械偏转 sd]0Hx[ 4E,hcu 4.5.2电光偏转 ~m3V]v(q7 'G3+2hah 4.5.3声光偏转 hu`L v ArLz;#AOn 4.6激光调Q技术 y`T--v3mI ~ &v A_/M 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q D'Jm!Ap [Ja(ArO3|[ 4.6.2调Q原理 4/ 0/#G#j &P{o{ 4.6.3电光调Q |q9,,i}! {: Am9B 4.6.4声光调Q $a)J CErN Qj{$dqmDN 4.6.5染料调Q h,Y{t?Of ?T$*5d 4.7激光锁模技术 m7weR>aS4 dY4 8S{ 4.7.1锁模原理 *tIdp`xT/T [ ]s B^UT 4.7.2主动锁模 8b8e^\l( - d\AiT 4.7.3被动锁模 \fkS_r, i n$}R/* 思考练习题4 )UxQf37 00$ @0 第5章典型激光器介绍 /7!_u n9 g!~-^_F 5.1固体激光器 5( mCBH - I1cAt 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 401/33yBJ Ncs4<" {$ 5.1.2固体激光器的泵浦系统 .Bm ^3A q!u lE{ ^ 5.1.3固体激光器的输出特性 U4
go8 ^!-E`<jW8 5.1.4新型固体激光器 )Gu0i7iN P':]A{<Z 5.2气体激光器 P 'F Pe55F Y`E {E|J 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 >llwNT S|O%h}AH; 5.2.2二氧化碳激光器 yS PlyhGF G gZEg
?@ 5.2.3Ar＋离子激光器 D]LFX/hlH ~jgN_jz 5.3染料激光器 C.Wms}XA P22y5z ~ 5.3.1染料激光器的激发机理 T7WZ(y
3C w [J
(E 5.3.2染料激光器的泵浦 }+QhW]nO{F 6KZ8 .m}: 5.3.3染料激光器的调谐 Ah8^^h|TPJ r P<d[u 5.4半导体激光器 >qh>Qm8w )edU <1P 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 7><*
9iOW "'&>g4F`o 5.4.2PN结和粒子数反转 uHujw.H/y OLd$oxKR 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 3f7t% Aspj*CDu 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 (<g;-pZH% gpO_0U4lQ] 5.5其他激光器 0qotC6l~_w v"Ud mv " 5.5.1准分子激光器 Sx4UaV~" r~Is,.zZ} 5.5.2自由电子激光器 y<Z#my$`|n o to
wvm 5.5.3化学激光器 MU^xu &MB y [ rB" 思考练习题5 nfCd*f 4BUK5) B 第6章激光在精密测量中的应用 }fa%JN %E L3h xe]mr 6.1激光干涉测长 #u]_7/(</` %+j]vP 6.1.1干涉测长的基本原理 ;?Y ` e HnKF#<
6.1.2激光干涉测长系统的组成 l#5k8+s ZF11v(n 6.1.3激光外差干涉测长技术 EL)/5-=S "YdDaj< / 6.1.4激光干涉测长应用举例 sLpCWIy +oKpA\mz 6.2激光衍射测量 Ws}kb@5 U}C#:Xi>$ 6.2.1激光衍射测量原理 MW d_ 6XM 4d3]pvv 6.2.2激光衍射测量的方法 4- ?`# (
_ F 6.2.3激光衍射测量的应用 w|UKMbRMU] lLwQridFXh 6.3激光测距 kAe-d Wp~4[f`, 6.3.1激光脉冲测距 q0KXu MK w
_6Y+ 6.3.2激光相位测距 6O|\4c; }s)&/~6 6.4激光准直及多自由度测量 ; 0_J7 4Xb}I;rM 6.4.1激光准直仪 7.1E mJ +/UXy2VRt$ 6.4.2激光衍射准直仪 x#}eC'Q N=?kEX
O 6.4.3激光多自由度测量 tEs[zo+DR- (A<sFw? 6.5激光多普勒测速 L|xen*O +\(ay"+ d 6.5.1运动微粒散射光的频率 }W>[OY0^A d}B_ll#j- 6.5.2差频法测速 ?0)XS< a.*j8T 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 ;g)Fhdy! %K f . F 6.6环形激光测量角度和角加速度 F SZoT! c+K=pp@ 6.6.1环形激光精密测角 "jN-Yd,z Appz1q 6.6.2光纤陀螺 :8!3*C-= GbrPtu2{@V 6.7激光环境计量 zxmI/]3+/ PC(iqL8r 6.8激光散射板干涉仪 87 E3pe 5 Yibv6:3a 思考练习题6 YH+\rb_ IqJ=\ 第7章激光加工技术 3 BhA.o 6!D 7.1激光热加工原理 'p ls ]I] 3V!&y/c< 7.2激光表面改性技术 -3%)nV F^bQ - 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 )tQ6rd' 7Mg7B 7.2.2激光表面熔凝技术 )KhVUFS1 j I@$h_n 7.2.3激光熔覆技术 NHVx!Kc Vwg|? sG_ 7.3激光去除材料技术 >(4S `}K p:>? 7.3.1激光打孔 I=Dk'M W>s9Mp 7.3.2激光切割 Pi sr&"A \ #c+vfq 7.4激光焊接 w^6N
:]d IMw)X0z 7.4.1激光热导焊 0ao Hv }Fe{s; 7.4.2激光深熔焊 GoA>sK w*kFtNBfU 7.4.3激光复合焊 ={vtfgxl 72.IhBNtT 7.5激光快速成型技术 )KQv4\0y< r&~iEO|?\ 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 8VGXw;(Y,d -#M~Nb I, 7.5.2激光快速成型技术 RKb3=}
*C *(.^$Iq4 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 !fjU?_[S BcO2* 3 7.6其他激光加工技术 j?) `VLZ _rh.z_a7w 7.6.1激光清洗技术 5kZ yiC* *K)53QKlE 7.6.2激光弯曲 #IA(*oM PBnn,# 思考练习题7 ;//q jo
vXZz=E
AH 第8章激光在医学中的应用 {NqGWkGt*b ?
NK} q\$ 8.1激光与生物体的相互作用 2n:J7PGD l q9h Dn[p 8.1.1生物体的 光学特性 yC$7XSr= Q*{
2 8.1.2激光对生物体的作用 =qQQ^`^F'~ F=c_PQO 8.1.3激光对生物体应用的优点 u <2sb;a u`nn{C4D" 8.2激光在临床治疗中的应用 5E(P,!-. Gnq~1p5^ 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 ~H~4 fp b NistW+{< 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 ts$UC $ R7b*(3 3 8.2.3激光在眼科中的应用 $^ 3 f}IzA dPX>A4wp 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 0R%58, R ,gD i)] 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 E #]%e^ {<8#T`I 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 bJ}+<## E:OeU_\ 8.2.7光动力学治疗 )$g /PQ !g:UM R 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 >GRuS\B ir?9{t/() 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Ry~LhU: KgS xF# 8.3.2激光断层摄影 w;_=$L'H&G
H:Le^WS 8.3.3激光显微镜 \O H:xW~ 8~>3&jX 8.4医用激光设备 ?J-KB3Uv3 @SXgaWr 8.4.1医用激光 光源 Yw
`VL)v(y 8A_(]Q 8.4.2医用激光传播用 光纤 q;JQs:U! "TI?
qoz 8.5激光应用于医学的未来 &[pw LYf7 ?^p8]Va% 8.5.1医用激光新技术 UkKpS L}Q2 w:v:znQrW 8.5.2光动力学治疗的前景 XPKcF I= N"y4#W(Z@ 思考练习题8 +(0eOO'\M E G6fC4rfC 第9章激光在信息技术中的应用 #n
r1- sf| 6 [E" 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 h08T Q=n 5 <poN)" 9.1.1半导体激光器 HS9U.G > k9 ]n/ 9.1.2光纤激光器 KG@hjO (""&$BJQ| 9.1.3光放大器 eH6cBX#P. R qR X 9.2激光全息三维显示 (z{x d e +U o-CO 9.2.1全息术的历史回顾 V- 0Y~T ;{RQ+ZX'[ 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ww,'n{_ 3&f{lsLAC 9.2.3白光再现的全息三维显示 <LY+"
Y {rQ`#?J}^? 9.2.4计算全息图 ,H8P mn? Dlp::U*N' 9.2.5数字全息术 p P&~S<[ Xo b##{P3 9.2.6全息三维显示的优点 bql6Z1l fmh]Y/UC 9.2.7全息三维显示的应用 62 ) F vr$ [ 9.2.8全息三维显示技术的展望 G].Z| Z9 %VCHM GP= 9.3激光存储技术 /DCUwg=0 c 9V'Z d# 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 qM'5cxe lx SGvvP4 9.3.2激光光盘存储 %0QYkHdFR` h.NA$E?7 9.3.3激光体全息光存储 4[D@[k As Yhfk { CI 9.3.4激光存储技术的新进展 lf 3W:0 K ^Ue >T 8 9.4激光扫描和激光打印机 K 9c:K/H &>SE9w/ ?o 9.4.1激光扫描 BZ.H6r'Q MeC@+@C 9.4.2激光打印机 udMq>s; TD<. :ul] 9.5量子光通信中的激光源 7o3f5"z oT
OMqR{" 9.5.1量子光通信 kq+L63fZ >
ewcD{bt 9.5.2量子态发生器及应用 Pg7/g=Va Q =Z-vTD+ 思考练习题9 3$_wAt4w 6;Bqu5_Cj 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 sqhM[u
k JdE=!~\8 10.1激光核聚变 U:H*b{`TU h8Gp>b 10.1.1受控核聚变 N]3XDd|q ^V D14V 3 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 ;TYkJH" `J;_!~: 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 92EvCtf c(:GsoO 10.2激光冷却 cz afBO6 3LG)s :p$/ 10.3激光操纵微粒 qbjRw!2?w 9kcAMk1K 10.3.1光捕获 5=eGiF;0 \ n,`&f~tap 10.3.2微粒操纵 @<_4 Nb W1 E(( 2 10.4超越经典衍射极限的分辨率 O: 4.xe d:3G4g 10.4.1解析延拓 v q|W& d bw`E"g 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 m6s32??m JHcC}+H[ 10.4.3傅里叶叠层算法 % %*t{0!H+ w1[ F]| 10.4.4相干谱复用 rQU;?[y ^j@,N&W:lG 10.4.5非相干结构光 照明成像 \\_Qv *+5AN30 6 10.4.6超分辨荧光显微镜 bx1 ' koFY7;_<? 10.5激光光谱学 )!'SSVaRs VK8 5A 10.5.1拉曼光谱 e(sQgtM6 .- {B 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 {{j?3O // :*1bhk8~ 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 94Z~]C 7tJPjp4l 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 H'GyWG|Wx d+$a5 [^9 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 k \|Hd"T $w{ #o E 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 G0^Nk H,k ~nw]q<7r 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 .U m.dXBYU lCDXFy (E 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 \xw E4K 5F $W^N 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 :Fm)<VN" z>~Hc8*]3 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 :`25@<*u \) pk/ 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 52=?!
JM ^8-CUH\ 思考练习题10 1-4W4"# *22}b .) 附录A随机变量 J" # o #~ 4$C:r&K A.1概率的定义和随机变量 UT%^!@u #)z_T M07P A.2分布函数和密度函数 vzG(u_,9[ &Nl : A.3推广到两个或多个联合随机变量 l-g+E{ZM
v [\'
M A.4统计平均 ?"\X46Gz; yc?+L ;fN 附录B随机过程 {fmSmD
L'M'I0"/ B.1随机过程的定义和描述 )Z2 HzjE *%bQ p B.2平稳性和遍历性 /Ii a >XY *H8(G% a!^ 参考文献 ^^1rj h1I _gxI=EYi  sE{A~{a` bd_&=VLTC （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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