激光原理及应用(第4版)

发布:cyqdesign 2020-03-30 17:35 阅读:5234
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。 2n#H%&^?a  
)]E?~$,  
j<9^BNl  
,ZO?D|M1  
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 4Yt'I#*  
[<Mls@?  
1.1光的波粒二象性 9o]!D,u8=5  
}wJH@'0+  
1.1.1光波 qS ggZ0*  
zY-?Bv_D  
1.1.2光子 9 OlJC[  
hVJ}EF 0  
1.2原子的能级和辐射跃迁 ,XN4Iy#BZl  
#&z'?x^a  
1.2.1原子能级和简并度 8M BY3F  
KmqgP`Cu  
1.2.2原子状态的标记 P$@:T[}v  
^$rqyWZYp  
1.2.3玻尔兹曼分布 :SZi4:4-J8  
EYn9l n_]u  
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 !QME!c>*$  
hxw6^EA  
1.3光的受激辐射 J$`5KbT3  
o+- 0`!yj  
1.3.1黑体热辐射 SWT)M1O2  
'?3(&  
1.3.2光和物质的作用 Zl.,pcL  
S]4!uv^y  
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 wawJZ+V  
gXY]NWI  
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 kp6&e  
Ksk[sf?J&  
1.4光谱线增宽 f/m0,EERk  
'=Acg"aT  
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 7dR]$ ~+*e  
X'xnJtk  
1.4.2自然增宽 lj+&3<E  
~{{7y]3M-  
1.4.3碰撞增宽 WP^wNi ~>  
1DH P5q  
1.4.4多普勒增宽 3,Iu!KB  
]7q|) S\  
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 3aJYl3:0B  
z 1.vnGP  
1.4.6综合增宽 /38XaKc{6  
QQ %W3D @  
1.5激光形成的条件 Yq{R*HO  
}z2[w@M  
1.5.1介质中光的受激辐射放大 Q4g69IE  
FB3}M)G>M  
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 MaF4lFmS  
E[FE-{B#  
思考练习题1 1`~.!yd8(  
L3s"L.G  
第2章激光器的工作原理 hK %FpGYA  
;RMevVw|  
2.1光学谐振腔结构与稳定性 o,/wE  
 e `K{  
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 o76{;Bl\O  
:xY9eq=  
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ghTue*A  
Fnd_\`9{  
2.1.3稳定图的应用 f`[E^ zj  
+.-mqtM  
2.2速率方程组与粒子数反转 ezS@`_pR;  
9vCCE[9  
2.2.1三能级系统和四能级系统 w/9%C(w6  
HI[Pf%${  
2.2.2速率方程组 .kB!',v\  
h&rZR`g  
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 'k[vcnSz\/  
7}pg7EF3z  
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 x]IJ;  
s|k&@jH)  
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 zu 7Fq]zD  
!&5*H06  
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 ! %N@>[  
 hV fANbs  
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 WS%yV|e  
g|tclBx  
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 COHook(:  
/Zxq-9   
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 Q 87'zf  
LG??Q+`l  
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 B`)bo}h  
gJ^taUE  
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 {vQ:4O!:  
}L=Qp=4  
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 7;pQ'FmZJ  
QZuKM'D+  
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 $weC '-n@  
aj<r=  
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 xtK\-[n  
6MLjU1  
2.5激光器的损耗与阈值条件 NPDMv |4  
+zEyCx=8H  
2.5.1激光器的损耗 )jh~jU?c@  
3PlIn0+LX  
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 7}`FXB  
yet ~  
2.5.3阈值条件 \9`.jB~<  
$)d34JM  
2.5.4对介质能级选取的讨论 #aiI]'  
l hST%3Ld  
思考练习题2  R*r"};  
%"WhD'*z}  
第3章激光器的输出特性 [X*u`J  
T1'\!6_5  
3.1光学谐振腔的衍射理论 ncTMcu  
I1I-,~hO  
3.1.1数学预备知识 '%YE#1*gH  
)JJF}m=  
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 4um^7Ns)7  
%/qwqo`Q  
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 ~wO-Hgd  
amQTPNI  
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 }Kn l  
/!qP=ngw9  
3.2对称共焦腔内外的光场分布 cwzgIm+  
}Yc5U,A;  
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 e3?z^AUXm  
jmcys _N3  
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 +r&:c[  
NK'@.=$  
3.3高斯光束的传播特性 ZT8LMPC  
|sEuhP\A3  
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 1U?5/Ja  
g's!\kr  
3.3.2高斯光束的相位分布 6YV"H  
O%haaL\  
3.3.3高斯光束的远场发散角 %0Qq~J@Lu  
#on ,;QN  
3.3.4高斯光束的高亮度 A(n#k&W1fZ  
1N<n)>X4  
3.4稳定球面腔的光束传播特性 }D.\2x(J  
/)`]p1c1%w  
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 ZX#60o8  
i% , 't  
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 cBv"d ~  
2e03m62*  
3.5其他几种常用的激光光束 B2|0.G|[j  
).A9>^6?{  
3.5.1厄米-高斯光束 ayQeT  
!~vx|_$#  
3.5.2拉盖尔-高斯光束 :,g]Om^  
|~PaCw8-ge  
3.5.3贝塞尔光束 Dwr 9}Z-]  
*u",-n  
3.6激光器的输出功率 %(W8W Lz}  
Rjv;[  
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 L ./c#b!{  
`xx3JQv[  
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 /+8VW;4|I  
cbs ;  
3.7激光器的线宽极限 '@Yp@ _  
pLys%1hg  
3.8激光光束质量的品质因子M2 WtaOf_  
-GM"gkz  
3.9模式激光的某些一阶统计性质 f=u +G  
O .-n&U9  
3.9.1单模激光的一阶统计性质 ;NrPMz  
)Y9\>Xj7  
3.9.2多模激光的一阶统计性质 =LKM)d=1  
=N8_S$nx(  
思考练习题3 cc:$$_'L  
&%;n 9K  
第4章激光的基本技术 FSAX , Y  
WiZTE(NM`  
4.1激光器输出的选模 u6Wan*I?  
>,h{`  
4.1.1激光单纵模的选取 >d *`K  
%>6ilG Q+  
4.1.2激光单横模的选取 ;R Jv7@  
]61HQ  
4.2激光器的稳频 BW}M/  
>(wQx05^D  
4.2.1影响频率稳定的因素 Yyr9Kj:  
Q\T?t  
4.2.2稳频方法概述 DvB{N`COd  
c b&Yf1  
4.2.3兰姆凹陷法稳频 6x=w-32+ y  
 S~E@A.7  
4.2.4饱和吸收法稳频 8lGM>(:o  
6-0sBB9=u  
4.3激光束的变换 ZoSyc--Bv  
4y?n62N8$  
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 ~!Nw]lb!  
Xo] 2iQy  
4.3.2高斯光束的聚焦 S'kgpF"bm  
Bz kfB:wr  
4.3.3高斯光束的准直 gIusp917  
a]xGzv5  
4.3.4激光的扩束 `b]wyP  
VZ =:`)  
4.4激光调制技术 K~I?i/P=z  
6vR6=@(`>  
4.4.1激光调制的基本概念 >]xW{71F@  
rpDBKo  
4.4.2电光强度调制 o 9/,@Ri\5  
c@"FV,L>  
4.4.3电光相位调制 s2wDJ|  
,+4T7 UR  
4.5激光偏转技术 JbS[(+o  
;1 {=t!z=  
4.5.1机械偏转 QKB+mjMH#x  
*hJWuMfY,  
4.5.2电光偏转 UcOP 0_/  
\w>Rmf'|  
4.5.3声光偏转 U B~ -$\.  
:KA)4[#;W  
4.6激光调Q技术 $/tj<++W  
b;5j awG  
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q -,T!/E  
wet[f{c  
4.6.2调Q原理 g,!.`[e'ex  
iLNUydiS  
4.6.3电光调Q b1jDbiH&  
SQn.`0HT  
4.6.4声光调Q _*%K!%}l=  
=~Qg(=U0U  
4.6.5染料调Q ^v'0\(H?P  
g?Nk-cg  
4.7激光锁模技术 US(RWXyg  
/|i*'6*  
4.7.1锁模原理 j/=Tj'S?D  
E;x-O)(&  
4.7.2主动锁模 G9LWnyQt  
{FKr^)g  
4.7.3被动锁模 #$-?[c$>  
: [328X2  
思考练习题4 u_ l?d  
U5H%wA['m  
第5章典型激光器介绍 5QuRwu_  
e98QT9  
5.1固体激光器 UH}lKc=t  
+hr|$  
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 "0[`U(/  
R6o  D  
5.1.2固体激光器的泵浦系统 ng9e)lU~*b  
LQ4:SV'3  
5.1.3固体激光器的输出特性 h]t v+\0  
SO(BkxV@  
5.1.4新型固体激光器 IF|;;*Z8  
.'_}:~  
5.2气体激光器 }u3|w0~c)  
y*{zX=]l<  
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 $w{d4")  
`'<$N<!  
5.2.2二氧化碳激光器 z EtsMU  
UE"v+GH  
5.2.3Ar+离子激光器 G~(\N?2  
%A'mXatk  
5.3染料激光器 [BJzZ>cY  
FGHCHSqLq  
5.3.1染料激光器的激发机理 "``>ii  
X5VNj|IE  
5.3.2染料激光器的泵浦 |C z7_Rn  
EYj~Xj8_  
5.3.3染料激光器的调谐 F I[BZZW  
+ c3pe4  
5.4半导体激光器 ?{aJ#w   
b3R( O|  
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 5;" $X 1{  
DGb1_2ZQ  
5.4.2PN结和粒子数反转 3 mAizq3  
sBa:|(Y.  
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 {TpbUj0  
'Gc{cNbXIA  
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 SF+L-R<e  
l`N#~<.  
5.5其他激光器 DMG'8\5C  
S%}G 8Ty  
5.5.1准分子激光器  S9}I  
B!x#|vGXL  
5.5.2自由电子激光器 YlbX_h2S"  
hIV]ZYbH  
5.5.3化学激光器 \zg R]|  
i56Rdb  
思考练习题5 $ MH;v_'a  
5Ex[}y9L`  
第6章激光在精密测量中的应用 uuwJ-  
x cAs}y}  
6.1激光干涉测长 8} :$=n4&  
EF\OM?R  
6.1.1干涉测长的基本原理 IS(F_< .  
;BH.,{*@B  
6.1.2激光干涉测长系统的组成 :qbU@)p*  
TY %zw6 #p  
6.1.3激光外差干涉测长技术 bk<Rp84vL  
;6pB7N  
6.1.4激光干涉测长应用举例 77[TqRLf  
7afG4 (<k  
6.2激光衍射测量 6}I X{nQI  
Kq Jln)7  
6.2.1激光衍射测量原理 Pa Q lQ#  
!nkIXgWz  
6.2.2激光衍射测量的方法 dGOFSH  
"%D"h  
6.2.3激光衍射测量的应用 3WQa^'u  
j]kgdAq>  
6.3激光测距 "z Y~*3d  
*|W](id7e  
6.3.1激光脉冲测距 zNt//,={  
%M1l[\N  
6.3.2激光相位测距 8j70X <R  
uXFI7vV6P  
6.4激光准直及多自由度测量 &gr 8;O:0  
,NZllnW  
6.4.1激光准直仪 |}:}14ty  
~%=%5}  
6.4.2激光衍射准直仪 X [dfms;H  
,P}7e)3  
6.4.3激光多自由度测量 jXf@JxQ  
PZqp;!:xz  
6.5激光多普勒测速 8,IF%Z+LI  
,hI$nF0}p  
6.5.1运动微粒散射光的频率 _h ^.`Tz,  
iZfZF  
6.5.2差频法测速 *w*K&$g  
`B3-#!2X  
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 "}xIt)n%;  
q:)PfP+  
6.6环形激光测量角度和角加速度 }hg=#*  
#2U#h-vI  
6.6.1环形激光精密测角 }WFI /W'  
yOEy3d=*  
6.6.2光纤陀螺 ?sdSi--  
0 `7y Pq*  
6.7激光环境计量 Mo N/?VA  
:tO4LEb  
6.8激光散射板干涉仪 )-[$m%  
.qohHJ&  
思考练习题6 QObVJg,GD  
[Lje?M* r  
第7章激光加工技术 QAxy?m,'  
5<*E S[S  
7.1激光热加工原理 *cWHl@4  
98u@X:3  
7.2激光表面改性技术 U=KUx  
;yN Y/  
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 "Y:>^F;  
!c)F;  
7.2.2激光表面熔凝技术 )tJaw#Mih  
C)i8XX  
7.2.3激光熔覆技术 Tf5m YCk  
uVD^X*  
7.3激光去除材料技术 bi}aVtG~z  
/ S' +  
7.3.1激光打孔 Sw E7U~  
,^e2ma|z  
7.3.2激光切割 W"@'}y  
h@O\j&#  
7.4激光焊接 =\2gnk~  
T;BFO5G@  
7.4.1激光热导焊 jRiMWolLv  
}U'9 d#N  
7.4.2激光深熔焊 \Db`RvEmR  
 ]'% iR  
7.4.3激光复合焊 1SS1P0Ur  
8 vq-|p  
7.5激光快速成型技术 I$sXbM;z=  
| X1axRO  
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 >%`SXB& 9  
RYvdfj.ij  
7.5.2激光快速成型技术 .zdaY, U  
2 ^"j]g>mj  
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 X(E`cH |  
L;*7p9  
7.6其他激光加工技术 w+ ')wyB  
Z>g&%3j  
7.6.1激光清洗技术 .9ZK@xM&?  
 ]XlBV-@b  
7.6.2激光弯曲 {9|*au(K  
|) ~-Wy  
思考练习题7 qm/>\4eLt  
 $L uU  
第8章激光在医学中的应用 $2*_7_Qb  
qY%|Uo  
8.1激光与生物体的相互作用 4=^Ha%l  
gzhIOeY  
8.1.1生物体的光学特性 ]m`:T  
FsOJmWZ  
8.1.2激光对生物体的作用 i75\<X  
%k?/pRv$>  
8.1.3激光对生物体应用的优点 #E Bd g  
5V(#nz  
8.2激光在临床治疗中的应用 PJm@fK(j  
j< h1s%  
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 V[%IU'{:  
WPr:d  
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 \6 JY#%  
q0ab]g+  
8.2.3激光在眼科中的应用 &Hf%Va[B  
;TDvk ]:  
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 l%Ke>9C  
6v scu2  
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 v]@ XyF\j8  
: i.5 < f  
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 "h1ek*(?<  
g2?W@/pa  
8.2.7光动力学治疗 $D65&R  
]Q.S Is  
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 X7K{P_5l  
1Z_w2D*  
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 C%<Dq0j  
{I0!q"sF  
8.3.2激光断层摄影 _-{=Z=?6}  
]QY-L O(  
8.3.3激光显微镜 _?felxG[  
WRbdv{ 1E  
8.4医用激光设备 -@w}}BR  
,H?e23G  
8.4.1医用激光光源 DsxNg  
hEo$Jz`  
8.4.2医用激光传播用光纤 $Sy}im\H  
N@Ap|`Ei  
8.5激光应用于医学的未来 $aT '~|?  
>2K'!@ ~'  
8.5.1医用激光新技术 $!p2Kf>/Q  
PmsZ=FY  
8.5.2光动力学治疗的前景 )xg8#M=K  
v#g:]T  
思考练习题8 \cX9!lHl  
krlebPs[  
第9章激光在信息技术中的应用 'Q]Wk75  
~3Qa-s;g  
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 JY:Fu  
".AW   
9.1.1半导体激光器 rKOa9M  
JB5%\   
9.1.2光纤激光器 A$\/D2S7!  
X}={:T+6s  
9.1.3光放大器 753gcY#i  
lxD~l#)^ln  
9.2激光全息三维显示 M`=\ijUwN  
$b^niL  
9.2.1全息术的历史回顾 YGyw^$.w  
LoJEchRK  
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 {<Y!'WL{  
6 AY~>p  
9.2.3白光再现的全息三维显示 pXQ$n:e  
lt5Knz2G,Z  
9.2.4计算全息图 J7EWaXGbz  
X?r$o>db  
9.2.5数字全息术 . Z9c.E{  
cF9ZnT.  
9.2.6全息三维显示的优点 Mz) r'  
meap;p  
9.2.7全息三维显示的应用 5Em.sz;:8  
y{P~!Yn|  
9.2.8全息三维显示技术的展望 }HbUB$5  
':\bn:;  
9.3激光存储技术 & R<K>i  
r_rdd}=b'  
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 4/SltWU  
r|bGn#^  
9.3.2激光光盘存储 .[:WMCc\  
Qe9}%k6@E  
9.3.3激光体全息光存储 %6V=G5+W  
a9 S&n5  
9.3.4激光存储技术的新进展 .",BLuce  
>*l2]3' `  
9.4激光扫描和激光打印机 G%jV}7h  
cI7aTLC"s  
9.4.1激光扫描 ja{x}n*5  
- ikq#L){  
9.4.2激光打印机 |`I9K#w3  
Z\1`(Pq7`  
9.5量子光通信中的激光源 o/RGzPR  
iP^[xB~v  
9.5.1量子光通信 54s90  
Mp J3*$Dr  
9.5.2量子态发生器及应用 #aP;a-Q|k  
O15~\8#'  
思考练习题9 *li5/=UC5*  
*TxR2pC}  
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 S->Sp  
pBu}c<  
10.1激光核聚变 Cq\{\!6[  
WUx2CK2N  
10.1.1受控核聚变 fB4zqMSfE  
' #t1e]  
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 $nf %<Q  
8rz ,MsFR  
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 TPZ^hL>ao  
r)G)i;;~*  
10.2激光冷却 MLDAr dvK  
|;C;d"JC2  
10.3激光操纵微粒 c-?0~A  
fL&e^Q  
10.3.1光捕获 RHt~:D3*  
lqoVfj'6M  
10.3.2微粒操纵 :|ytw= 3>  
;Q lb].td  
10.4超越经典衍射极限的分辨率 C*Y0GfW=  
eoiC.$~\  
10.4.1解析延拓 o|VM{5  
g3(?!f  
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 m?1AgsBR  
TfNm0=|  
10.4.3傅里叶叠层算法 {\k:?w4  
yyjgPbLN=  
10.4.4相干谱复用 ,z$ U=u o  
p1\E C#Q  
10.4.5非相干结构光照明成像 Q>/[*(.Wd  
\#'m([<e  
10.4.6超分辨荧光显微镜 ?d)eri8,  
E{B40E~4  
10.5激光光谱学 dM5N1$1,  
}M(XHw  
10.5.1拉曼光谱 YtT:\#D  
B o[aiT  
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 P76QHBbl  
1FRpcE  
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 9q<?xO  
iM{aRFL  
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 -s6;IoG/  
EMS$?"K  
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 'n!Sco)C  
&PEw8: TX  
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 `vrLFPdO  
mk?F+gh  
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 ::k/hP9.^  
ey[+"6Awne  
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 .\AbE*lZ#  
h4? 'd+K  
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 H?'t>JX  
4ko(bW#jL  
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 9iOTT%pq  
f.u+({"ql  
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 ^WIGd"^  
dmE.yVI"O  
思考练习题10 @RI\CqFHR  
HY'-P&H5(  
附录A随机变量 Nc[u?-  
{rZ )!  
A.1概率的定义和随机变量 {o.i\"x;  
;PX>] r5U0  
A.2分布函数和密度函数 \@:mq]Y  
#vvQ 1ub  
A.3推广到两个或多个联合随机变量 s4{>7`N2  
2z0 27P-Q  
A.4统计平均 p EbyQ[  
."JtR  
附录B随机过程 A;C)#Q/  
G>c:+`KS  
B.1随机过程的定义和描述 0N>R!  
#R3|nL  
B.2平稳性和遍历性 AtW<e;!0te  
SpX6PwM  
参考文献 ygfUy  
$n@B:kv5p  
G^/8lIj  
dgM@|&9*m  
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关键词: 激光原理
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qqqoooppp 2021-01-08 09:32
感谢介绍
小康的天空 2021-04-11 19:57
感谢分享 淘宝有售 已购入
liaoxiangyu 2021-04-14 17:52
很不错的书
brant 2021-10-08 09:48
感谢分享
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