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2020-03-30 17:35 |
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。 gE~]^B{ 39+6ZTqx [attachment=99403] vuCl(/P` "o
^cv 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 +~~&FO2 CS<,qvLpL 1.1光的波粒二象性 D^~G(m;- 861!p%y5 1.1.1光波 ;[~:Y[N #& 5} 1.1.2光子 R^*h|7)E ueM[&:g&MU 1.2原子的能级和辐射跃迁 />,Tq!i\4} Mx<?c 1.2.1原子能级和简并度 m)aNuQvy:Z FNyr0!t, 1.2.2原子状态的标记 ;F:~HrxT} v>&sb3I 1.2.3玻尔兹曼分布 !PIpvx{aX =Q!)xEK 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 dmkd.aP4 #r ;;d( 1.3光的受激辐射 ,py:e>+^t ?tJyQT 1.3.1黑体热辐射 -!kfwJg8N( .<Lbv5m 1.3.2光和物质的作用 1JIo,7 > (.V(]{3y 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 !k= ~5)x 3bGJ?hpp 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 qf7oG0 dD Zds
k+! 1.4光谱线增宽 ba-J-G@YW dcGs0b 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 GT)63| l-Q.@hG 1.4.2自然增宽 1gTW*vLM\ .|pyloL. 1.4.3碰撞增宽
>Mzk;TM aq|R? 1.4.4多普勒增宽 EPZ^I) qXH\e| 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 nlfu y[oX x'.OLXx> 1.4.6综合增宽 *r&q;ER ygvX}q 1.5激光形成的条件 Wx i|(} nS53mLU) 1.5.1介质中光的受激辐射放大 `Z}7G@ol =ca<..yh[d 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 y$]gmg @LzqQ[ 思考练习题1
UA{tmIC\ @Y~R*^n"} 第2章激光器的工作原理 H.D1|sU Jf/X3\0N7 2.1光学谐振腔结构与稳定性 ~is$Onf99# h|MTE~
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 /%#LA F%8W*Y699 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 eu]t.Co[X ^+ hJ& 9W 2.1.3稳定图的应用 Ls<.&3X2 7^fpbrj 2.2速率方程组与粒子数反转 gm-I)z!tz abHW[VP9 2.2.1三能级系统和四能级系统 ^st.bzg+[ }SdI _sLe 2.2.2速率方程组 |HjoaN ) -7^A_!. 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 H9x,C/r, Ag>E%N 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 h "7:&=e uG|d7LS,% 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 62R94 "funFvY 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 CDy *8<-& ,~R`@5+ 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 >t[beRcR6 .%.kEJh` 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 t8"*jt G2bZl%
,D 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 hnQDm$k NhI&wl 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 ,&DK*LT8U d 6$,iw@>^ 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 UBmD
3|Zo q(i^sE[y 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 2(-J9y| z/JoUje 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 19Cs
3B \4 sHqs)@D 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 E&\dr;{7 &=1Ag}l57 2.5激光器的损耗与阈值条件 "[PxLq5 m15MA.R> 2.5.1激光器的损耗 vhw"Nl 0XrB+nt 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 *V\z]Dy-[ m=^`u:= 2.5.3阈值条件 61Z#;2] F{#m~4O 2.5.4对介质能级选取的讨论 6.o8vC/PZ thoAEG80 思考练习题2 [-Zp[ >&@hm4 第3章激光器的输出特性 +GgJFBl )'<B\P/ 3.1光学谐振腔的衍射理论 }{! #`'s yIab3/#` 3.1.1数学预备知识 6GxQ< C~do*rnM^ 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 [DW}z /`M>3q[ 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 Uoskfm y8Q96zi 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 63s<U/N R&w2y$ 3.2对称共焦腔内外的光场分布 FmfPi
.;1 uCA!L)$ 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 2v!ucd} <@BzF0 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 'C
l}IDF u
N%RB$G 3.3高斯光束的传播特性 Z_Gb9 {K{&__Nk 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 lpW|GFG TY|5O!
< 3.3.2高斯光束的相位分布 kmJ{(y)w x^UE4$oo 3.3.3高斯光束的远场发散角 _3q% G1;.\ i 3.3.4高斯光束的高亮度 r]XXN2[jO T5mdC 3.4稳定球面腔的光束传播特性 ; Nw. mhp&;
Q9 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 aZ$$a+ _$<Q$P6y 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 n-h2SQl! "W_C%elg 3.5其他几种常用的激光光束 5lp
L$ e=11EmN9 3.5.1厄米-高斯光束 u3!aKXnv< 7g-#v'.N 3.5.2拉盖尔-高斯光束 _9Pxtf xy@1E; 3.5.3贝塞尔光束 yOn +Y b\/:-][ 3.6激光器的输出功率 9/lCW RU>Hr5ebo 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 ap;tggi(H E$z)$`"1 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 $9GRA M. U @Il:\I 3.7激光器的线宽极限 ^ <Z^3c>/ ?Rc+H;x=f 3.8激光光束质量的品质因子M2 =-M)2&~L~ njk.$]M|nf 3.9模式激光的某些一阶统计性质 KtWG2 } z4=3' 3.9.1单模激光的一阶统计性质 !Jo3>!,j y(pHt 3.9.2多模激光的一阶统计性质 c65_E<5Z lVywc:X 思考练习题3 lFWN[`H 2#4_/5(j* 第4章激光的基本技术 o0- 7# 2 \Vis 4.1激光器输出的选模 !B==cNq Ep%5wR 4.1.1激光单纵模的选取 gf]biE"k Z, Kbt 4.1.2激光单横模的选取 I*e85wef @l9qH1
4.2激光器的稳频 8uyUvSB 0G/VbS 4.2.1影响频率稳定的因素 *|n::9 ^7`"wj14 4.2.2稳频方法概述 (7RxCo=X w=I'
CMRt 4.2.3兰姆凹陷法稳频 Q]_3 #_' $tyF(RybG 4.2.4饱和吸收法稳频 ^/K\a
, .BsZ.!MPL( 4.3激光束的变换 IxT[1$e Bcx-t)[ 4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 !g /&ws& EG5'kYw2 4.3.2高斯光束的聚焦 iw6qNV:\Z u,0N[.&N 4.3.3高斯光束的准直 <dx
xXzLT !dfc1 UjB 4.3.4激光的扩束 =
GirUW D tE0DST/ 4.4激光调制技术 OYGh!sW "|CzQ&e 4.4.1激光调制的基本概念 LTu
c s} C+-GE9= 4.4.2电光强度调制 JGPLVw -UaUFJa8K& 4.4.3电光相位调制 3kFOs$3 0$3\DS<E 4.5激光偏转技术 16MRLDhnD
NLFSw 4.5.1机械偏转 >9c$2d|> 8P r H"pI 4.5.2电光偏转 ZCi~4&Z# 8~?3: IZ 4.5.3声光偏转 d%?+q0j =>Y b~r71 4.6激光调Q技术 C=ni5R .lfKS!m2 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q s z I0 a,mO;m 4.6.2调Q原理 ; >3q@9\D I*R[8| 4.6.3电光调Q ~<Z;)e @-bX[}. 4.6.4声光调Q D<$~bUkxR `_sc_Y|C! 4.6.5染料调Q vCT5do"C& <}-[9fW 4.7激光锁模技术 !=@Lyt)_b *,hS- 4.7.1锁模原理 hK9Trr wau e{8z1t20: 4.7.2主动锁模 !YL|R[nDH| Vu '/o[nF> 4.7.3被动锁模 U'zW; Lt {g}!M^| 思考练习题4 %3scz)4$ vJDK]p<} 第5章典型激光器介绍 GHeJpS ~U`oew 5.1固体激光器 2yR*<yj 8;;!2>N 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 Zh`lC1l' Etty{r} 5.1.2固体激光器的泵浦系统 Qj~m;F! Ar4E $\W 5.1.3固体激光器的输出特性 5<bc>A- ^Bn)a"Gd 5.1.4新型固体激光器 r
H;@N `E>HpRcxD 5.2气体激光器 '/U[ ui0{ EZaWEW 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 \y^ Od7F Zpg/T K 5.2.2二氧化碳激光器 SV16]Vc 'Ca6cm3Tg 5.2.3Ar+离子激光器 ,ii*[{X? Sj;B1& 5.3染料激光器 w*<XPBi
#pP4\n-~hU 5.3.1染料激光器的激发机理 *JE%bQ2Q <uUQ-]QOIh 5.3.2染料激光器的泵浦 S-{[3$ 3TqC.S5+ 5.3.3染料激光器的调谐 QU^*(HGip D].!u{## 5.4半导体激光器 v.:aICB5 ;]zV ?9 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 XJy~uks, fyPpzA0 5.4.2PN结和粒子数反转 =gS?atbX w2!G"oD 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 $&/JY GZ0?
C2\ 5.4.4同质结和异质结半导体激光器 m7wD#?lm tFt56/4 5.5其他激光器 =r"8J5[f )o)<5Iqh 5.5.1准分子激光器 ;q]Jm [
qt
hn[3 5.5.2自由电子激光器 qp_lMz j78WPG 5.5.3化学激光器 8uq^Q4SU \7PPFKS 思考练习题5 fe
PH=C H"czF 第6章激光在精密测量中的应用 2g~qVT, yG\^PD 6.1激光干涉测长 %jz]s4u$5j 52?zBl`| 6.1.1干涉测长的基本原理 Ix@rn [xzgk[>5 6.1.2激光干涉测长系统的组成 OE' ?3S jGpSECs 6.1.3激光外差干涉测长技术 Oxs O zaW y7@? 6.1.4激光干涉测长应用举例 F: %-x=q yO*~)ALb+ 6.2激光衍射测量 WLl_;BgN TI4#A E 6.2.1激光衍射测量原理 .j?`U[V%a u3 k% 6.2.2激光衍射测量的方法 Cbu/7z t80s(e 6.2.3激光衍射测量的应用 JPQWRK^ >qj.!npQD 6.3激光测距 wK OljE6d VP0q?lh 6.3.1激光脉冲测距 `roos<F1D ]v^/c~"${ 6.3.2激光相位测距 m>yb}+ iUSP+iC, 6.4激光准直及多自由度测量 {gh41G;n MMlryn||1 6.4.1激光准直仪 GL;@heP o6`4y^Q{/ 6.4.2激光衍射准直仪 ,=sbK?& O/g|E47 6.4.3激光多自由度测量 PWeCk2 xH ^u'hl$`^ 6.5激光多普勒测速 9/A$3#wF tUX4#{)q(j 6.5.1运动微粒散射光的频率 cs[_TJo p7 s#j 6.5.2差频法测速 S&/</% +m?;,JGt 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 }/tT=G]91 #I>
c$dd 6.6环形激光测量角度和角加速度 #yNSQd 4I7B
#{ 6.6.1环形激光精密测角 590.mCm *R9s0;&: 6.6.2光纤陀螺 aq~>$CHa Zop3[- 6.7激光环境计量 A8,9^cQ] L1J \C 6.8激光散射板干涉仪 U@t"o3E 8yW 8F26 思考练习题6 /<[S> ;!kr '?| (QU:)F 第7章激光加工技术 %v}SJEXFp 8CXZ7 p 7.1激光热加工原理 lT.Q)( 1XfH,6\8i 7.2激光表面改性技术 Q6>7{\8l W&M=% 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 E`E$ }iLs !Cqm=q{K 7.2.2激光表面熔凝技术 $qz(9M(m# 6d4e~F 7.2.3激光熔覆技术 c}XuzgSY ceiUpWMu, 7.3激光去除材料技术 9gu$vF]9! hbZ]DRg 7.3.1激光打孔 U2Uf69R Oup5LH!sW 7.3.2激光切割 D8S?xK 7[ ~Te9Lq | 7.4激光焊接 O
&/9wi>!q s,5SWdb\v 7.4.1激光热导焊 =1!,A l ~bjNhk 7.4.2激光深熔焊 uj8G6'm% JA=9EnTU 7.4.3激光复合焊 72i]`
R,Gr{"H 7.5激光快速成型技术 *HT)Au"5 #=}dv8 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 iCz0T, Ark+Df/ 7.5.2激光快速成型技术 O~p@87aq {c
82bFiv 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 ^A&i$RRO [H~Yg2O 7.6其他激光加工技术 XwZ~pY ~ $q"/q*ys 7.6.1激光清洗技术 6[b?ckvi t^8ii 7.6.2激光弯曲 Mx-? & 96V@+I 思考练习题7 |iGfX,C| s!lLdR[g 第8章激光在医学中的应用 98c##NV(7| |*G$ilu 8.1激光与生物体的相互作用 I "8:IF fX:)mLnO/ 8.1.1生物体的光学特性 \+?>KpE,b Lc&LF* 8.1.2激光对生物体的作用 zRO-oOJ dkHye> 8.1.3激光对生物体应用的优点 2#srecIz-! (31ia"i% 8.2激光在临床治疗中的应用 S":55YQev! 0Q>yv;M 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 9s#Q[\B! iRbTH}4i 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 JYAtQTOR 4qd =]i 8.2.3激光在眼科中的应用 >A]U.C bF 85T(G 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 8+7n"6GY2/ xSf&*wLE 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 G}2DZ=&>' }3b3^f 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 nV[0O8p2Md ^R g=*L 8.2.7光动力学治疗 wqB 5KxO nnzfKn:J 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 z:
;ZPSn yLC5S3^1\" 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 \Zn%r&( dy}O6 8.3.2激光断层摄影 B4&K2;fg_ tRUGgf` 8.3.3激光显微镜 GlVb |O" {?!0<0 8.4医用激光设备 W[$GB_A) p)x*uqSd 8.4.1医用激光光源 {vp|f~}zTw lc:dKGF6 8.4.2医用激光传播用光纤 3 L:s5 I^u$H& 8.5激光应用于医学的未来 We8n20wf< N!W# N$ 8.5.1医用激光新技术 L~Hl?bK C;m,{MD 8.5.2光动力学治疗的前景 b`9J1p.; Dc1tND$X3g 思考练习题8 &8!~H<S Ar;uq7c,G 第9章激光在信息技术中的应用 >~%EB?8 9Kpzj43 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 Mnv2tnU] 'j#J1xwJ 9.1.1半导体激光器 8et*q3D7` 7A@iu*t 9.1.2光纤激光器 ~Z{IdE "mk4O4dF 9.1.3光放大器 rUz-\H(- (V06cb*42[ 9.2激光全息三维显示 mDCz=pk) 8V08>M 9.2.1全息术的历史回顾 eZck$]P(6H e@`"V,i 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 3IlflXb &*e( 9.2.3白光再现的全息三维显示 t_+Xt$Q7C NCXr$ES{ 9.2.4计算全息图 l>kREfHq!{ %XQ!>BeE 9.2.5数字全息术 H[x$65ND )-u0n], 9.2.6全息三维显示的优点 2!Gb4V O:I"<w 9_1 9.2.7全息三维显示的应用 J%
b`*?A @:ojt$ 9.2.8全息三维显示技术的展望 ,$,c<M 6^Q/D7U;s 9.3激光存储技术 ^p}S5, K<g<xW* X 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 ^z^zsNx -".q=$f 9.3.2激光光盘存储 MT3TWWtZ: &yabxl_ 9.3.3激光体全息光存储
%77X/%.Y {!/ha$(
9.3.4激光存储技术的新进展
W>HGB zZhA]J 9.4激光扫描和激光打印机 f)b+>! 2BGS$$pP 9.4.1激光扫描 rYP72< *Bm7>g6 9.4.2激光打印机 wJr5[p*M N}/|B} 9.5量子光通信中的激光源 `Vf k.OP lR8Lfa*/7 9.5.1量子光通信 LT2UY* ' ~F 9.5.2量子态发生器及应用 e*Gt%' b<]Ae!I' 思考练习题9
A|90Ps fK?/o]vq 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 YPU*T&~ o]jPG 10.1激光核聚变 cN&]JS, n5G|OK0, 10.1.1受控核聚变 H[M(t^GM yd>b2 M 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 |ler\"Eu ~TvKMW6/# 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 NU <K+k ToXgl4:kd 10.2激光冷却 A7c*qBt ! !we4tWq 10.3激光操纵微粒 >69- [#P! `Jv~.EF% 10.3.1光捕获 R?E< }\! iKVJ
c=C 10.3.2微粒操纵 ,'%wadOo )%6h9xyXt 10.4超越经典衍射极限的分辨率 Zai:?%^ GX\6J]x=^2 10.4.1解析延拓 mFa%d8Y {S6:LsFfm 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 +~{Honj[ U{[ g"_+~ 10.4.3傅里叶叠层算法 QrSF1y'd qZwqnH 10.4.4相干谱复用 Gtm|aR{OS B_3:.1>"BM 10.4.5非相干结构光照明成像 R<eD)+ N\nxo0sl 10.4.6超分辨荧光显微镜 CUI\:a- W3M1> ( 10.5激光光谱学 62D UF ,VYUQE>\
10.5.1拉曼光谱 w40 -K5wt> hziPHuK9, 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 (l_/ HQ32 N, SbJ Z 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 7mT
iO?/y< BufXnMh. 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 Iss)7I >2BWie?T 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 l6~wm1vO =&,<Co1 hF 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 7mBH#Q) E},^,65 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 RqU^Q*/sF bZ-_Q 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 'L5ih|$> Muay6b? 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 : pkOZ+t 4 >`2vb 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 VNT*@^O_= 'Z}3XVZEN 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 J-U5_>S $)v`roDD. 思考练习题10 {Q~HMe`, jM5w<T-2/ 附录A随机变量 IZSJ+KO &$NYZ3?9 A.1概率的定义和随机变量 |)[I$]L VOkSR6 A.2分布函数和密度函数 $_Kcm"oj n1 A.3推广到两个或多个联合随机变量 T)lkT? yLgv<%8f A.4统计平均 nAT,y9& |6o!]~&e$1 附录B随机过程 Z!foD^&R qx f8f B.1随机过程的定义和描述 G<W;HM j2 T8W;Lb9hQ B.2平稳性和遍历性 {g7~e{2 <X"_S'O 参考文献 ?8!\V NC. w<SFs#Z
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