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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。 G>yTv`-
|Sf mQ;
[attachment=99403] j`A 3N7;
z),@YJU"z
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 }4A $j{\
smTPca)7s
1.1光的波粒二象性 HE0@`(mCpa
2J5RZg9jL
1.1.1光波 c^s%t:)K
Bp>Z?"hTe
1.1.2光子 cgevP`*]
#`(-Oj2hH
1.2原子的能级和辐射跃迁 sj& j\<(
"Gh5
^$w?j
1.2.1原子能级和简并度 :kz"W ya.
wz{ ]CQ 7"
1.2.2原子状态的标记 m/( f?M l
E|K ~WO]>o
1.2.3玻尔兹曼分布 JNZ O7s
W+& <C#1|]
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 'ZboLoS*-
Td"_To@j d
1.3光的受激辐射 G& 2`c\u{
,q|;`?R;
1.3.1黑体热辐射 g= 5vnY
h~R= ?%H[
1.3.2光和物质的作用 N=[# "4I
d nW #"
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Q" +)xj
yRF
%SWO
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 y 6C3u5`
K.T.?ug;:
1.4光谱线增宽 zm7IkYF
fCa*#ME
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 l k?@ =U~
$> csm
1.4.2自然增宽 6b6rM%B.oD
/ 8 0Q
1.4.3碰撞增宽 Z\9DtvV
4ZAnq{nR4
1.4.4多普勒增宽 v3 q.,I_
`1 fNB1c
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 vl,Ff9
p|f5w"QcH
1.4.6综合增宽 +8#hi5e
}Jr!a M'
1.5激光形成的条件 9yrSCDu00
gf\F%VmSN
1.5.1介质中光的受激辐射放大 kl0|22"Gz
_q7mYc
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 '1r<g\ l
ys~oJb~
思考练习题1 lC AD $Ia~
AwQ7O z|(
第2章激光器的工作原理 yy( .|
Q%Fa1h:2 &
2.1光学谐振腔结构与稳定性 s`63
y&Z[
9-(
\\$%
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 $YztLcn
3 UX/
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ~( ~
y=M
8EBy5X}US
2.1.3稳定图的应用 zHu w[
W~ i599!v
2.2速率方程组与粒子数反转 =(cfo _B@K
Ht_7:5v&
2.2.1三能级系统和四能级系统 f(Uo?_as
aSVR +of
2.2.2速率方程组 M r6 q7
%~ $coZY^
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 &RL
j^A!
4;D>s8dgG
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 1[k.ap n
4Y
`=`{Q
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 p1`" ) $
*Q XUy
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 kmZ
U;Z
E WNm }C9
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 WTX!)H6Zv
Y0B d[
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 k X8Ey
xwjiNJ Gj
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 e]k\dj;,^%
4ynGXJmMlR
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 (\o &Gl
|Zm'! -_
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 <Dq7^,}#
RJa1p YK
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 u|EHe"V"
7S.E,\Tws
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 %Xjg/5G -
o)r%4YOL
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 trm-&e7q?;
D wtvtglqV
2.5激光器的损耗与阈值条件 =OR "Bd:O
ToE^%J4
2.5.1激光器的损耗 DR
c-L$bD
A=bBI>GEYP
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 sB+
B,DF
\_|g}&}6Y
2.5.3阈值条件 D9/PVd&#
Ds@ nuQ
2.5.4对介质能级选取的讨论 M'>8P6O
_<m yM2z
思考练习题2 a"bael
>4iVVs
第3章激光器的输出特性 XZH\HK)K-]
/pYp, ak
3.1光学谐振腔的衍射理论 ^\3r}kJ0Lp
dQ`=C Ir
3.1.1数学预备知识 m>&:)K}m
| |^+(
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 -]!zj#&
;!Q}g1 9C
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 "Kc1@EX=
\I+#M-V
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 }+dDGFk
/?_5!3K J
3.2对称共焦腔内外的光场分布 - v &
L7OFZ|gUz
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 8/BWe
;4
C<yjGt VD
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 `w
K6B5>
H%G|8,4
3.3高斯光束的传播特性 Dg'BlrwbR
Xn
# v!
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 45U!\mG
=niT]xf
3.3.2高斯光束的相位分布 gvCQ! [
`FHKQ S5
3.3.3高斯光束的远场发散角 @; `d\lQ
)Nnrs a
3.3.4高斯光束的高亮度 -APbN(Vi
HMl
M!Xk?
3.4稳定球面腔的光束传播特性 +(/' b' *
{2T;^+KE
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 Ta NcnAY>9
1^AG /w
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 g\A kf
I 'e`?H t
3.5其他几种常用的激光光束 ,}a'h4C
gH:+$FA
3.5.1厄米-高斯光束 Ux+UcBKm-
B'8T+qvA
3.5.2拉盖尔-高斯光束 v&r\Z @%
0 + 3{fD/
3.5.3贝塞尔光束 ?~=5 x
{vox
x&UX
3.6激光器的输出功率 ?4H>1 Wkb
Ngw/H )<c
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 LtVIvZi e
|<!xD
iB
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 xV>sc;PEb
8Bwm+LYr-
3.7激光器的线宽极限 ,KFF[z
cxpG6c
3.8激光光束质量的品质因子M2 &@fW6},iW
Zr|z!S?aSC
3.9模式激光的某些一阶统计性质 l9vJ]
,&iZ*6=X?0
3.9.1单模激光的一阶统计性质 P]<15 l
nXAGwU8a
3.9.2多模激光的一阶统计性质 IXC2w *'m
6oy[0hj
思考练习题3 3S{3AmKj?
NEW0dF&)
第4章激光的基本技术 vE C#W43l
80 "oT'ZFh
4.1激光器输出的选模 K8 Hj)$E61
)(-aw,i K
4.1.1激光单纵模的选取 rbc7CPq_^
7Y6b<:4j
4.1.2激光单横模的选取 }.N~ jx0R
V @pUU~6R
4.2激光器的稳频 7g-{ <d
J!d=aGY0-
4.2.1影响频率稳定的因素 Z=9gok\
("P]bU+'>
4.2.2稳频方法概述 j|%>NB ):
x<1t/o
4.2.3兰姆凹陷法稳频 Mk8k,"RG&Z
Ib2n Bg>j
4.2.4饱和吸收法稳频 oq[r+E-]$@
n*r Xj{Kt
4.3激光束的变换 (kL(:P/
@B Mu ov
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 52.%f+Oa
tu6 <>
4.3.2高斯光束的聚焦 Y d]
m* vz
4.3.3高斯光束的准直 dZuPR
g4&f2D5
4.3.4激光的扩束 <{IeCir
0y3C
/> a
4.4激光调制技术 ?\_vqW
_V(FHjY
4.4.1激光调制的基本概念 =kjD ]+l
cK\' D
4.4.2电光强度调制 ?^WX] SAl
6f)7*j~
4.4.3电光相位调制 &Y1RPO41J
TU q
,
4.5激光偏转技术 @T] G5|\ok
Oar%LSkPRz
4.5.1机械偏转 4"#F =f0
&Xi] 0\M)
4.5.2电光偏转 *Rgl(Ba
8^!ib/@v"
4.5.3声光偏转 ?I"FmJ;
9F7}1cH7g@
4.6激光调Q技术 >OKc\m2%Q
4@=[r Zb9
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q y(X^wC
)!=fy']
4.6.2调Q原理 zQoJ8 i>
/$^SiE +N
4.6.3电光调Q R0e!b+MZ.
FTu<$`!1L
4.6.4声光调Q Sobp;OZ5
U aBNoD
4.6.5染料调Q SK 5__Ix
(5kL6d2
4.7激光锁模技术 ,qj M1xkL$
.F3~eas
4.7.1锁模原理 kH?PEA! \
HG^~7oMf
4.7.2主动锁模 wlpcuz@
BirnCfj/2
4.7.3被动锁模 lL&p?MUp
Y4N)yMSl"
思考练习题4 ]F #0to
\6!s";=hQ
第5章典型激光器介绍 AmK g;9LS
#J ~xKyJi'
5.1固体激光器 f!G%$ ?]
vy5I#q(k
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 Yu:($//w
^_/gM[H .
5.1.2固体激光器的泵浦系统 = Q"(9[Az
Mo\nY5
5.1.3固体激光器的输出特性 J ]|S0JC`
pp()Hu3J
5.1.4新型固体激光器 E//*bmww
)2J#pz?.
5.2气体激光器 caZEZk#r;
m}+_z^@j9
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 0G3T.4 I
{ 'cdi`
5.2.2二氧化碳激光器 02 C;
' wKTWmf?\
5.2.3Ar＋离子激光器 /U tSZ(
J7k=5Fqej;
5.3染料激光器 5#::42oE
2ZKy7p0/
5.3.1染料激光器的激发机理 TSj)XU {W
p7[&H /
5.3.2染料激光器的泵浦 8KWhXF
~e=KBYDBu
5.3.3染料激光器的调谐 soqnr"
1
RY*yj&?w [
5.4半导体激光器 LP) IL~
e*o:ltP./
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 9 H AK
u4 3-\=1$T
5.4.2PN结和粒子数反转 EC?U#!kv
:s|xa u=
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 Pcr;+'q
n yNHjn
|W
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 $B`bsJ
~AR0 ,lak
5.5其他激光器 BA_l*h%=Cc
%Gm4,+8P3o
5.5.1准分子激光器 i>;6Z s>S
3,Bm"'b6
5.5.2自由电子激光器 3A el
`(8RK
5.5.3化学激光器 cX5t x]
r`C t/]c
思考练习题5 ;o.,vQF*
DIh[%
第6章激光在精密测量中的应用 0!`!I0
c Qh=Mri]
6.1激光干涉测长 q,(hs]\@
,@ t#)HV
6.1.1干涉测长的基本原理 }j,G)\g#
,tuZ_"?M
6.1.2激光干涉测长系统的组成 #4!6pMW(&7
RueL~$*6.~
6.1.3激光外差干涉测长技术 UbSD?Ew@35
G _?qY#"(
6.1.4激光干涉测长应用举例 * JVJKqed
Xj21:IM R
6.2激光衍射测量 n/IDq$/P
92L{be; SY
6.2.1激光衍射测量原理 9R4q^tGR\
m`8 tHHF
6.2.2激光衍射测量的方法 R= *vPS
t8-LPq
6.2.3激光衍射测量的应用 |*zvaI(}
sB`zk[ R;
6.3激光测距 1iE*-K%Q
,y/N^^\
6.3.1激光脉冲测距 +6 x:+9S
eh$T
3_#q
6.3.2激光相位测距 ZAMS;e+e
; ,:w % .
6.4激光准直及多自由度测量 1P T0< C-
w~VqdB
6.4.1激光准直仪 _xU2C<)1&
y?{YQ)fj
6.4.2激光衍射准直仪 o<%s\n
S31+ j:"
6.4.3激光多自由度测量 h:'wtn@l(
ca8.8uHY\
6.5激光多普勒测速 TzK[:o
O.+X,CQG*
6.5.1运动微粒散射光的频率 gNzamorv[
6o ]X.plr
6.5.2差频法测速 PQ [x A*
Hsz).u
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 A+ F@JpV
8VZLwhj
6.6环形激光测量角度和角加速度 l DhuL;9e
L\X 2Olfz1
6.6.1环形激光精密测角 Y/<
],1U
SiSx y m
6.6.2光纤陀螺 kc70HrG
7 {#^ zr
6.7激光环境计量 5R7DD 5c[
"+J[7p}`@
6.8激光散射板干涉仪 |#-GH$. v
z8hAZ?r 1`
思考练习题6 eLAhfG
:i:M7 }r
第7章激光加工技术 ]AzDkKj
N b@zn0A(;
7.1激光热加工原理 QAh6!<.;@
\ )n' Ywr
7.2激光表面改性技术 xBi``x2eY
xiG_l-2l
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 SV96eYT<
q%A.)1<'_
7.2.2激光表面熔凝技术 x(/{]$h
9N]V F'
7.2.3激光熔覆技术
S^4T#/
MUd
9R
7.3激光去除材料技术 )S 6"I
z wJ Vi9sO
7.3.1激光打孔 ",qJG]_ <
_l;$<]re\k
7.3.2激光切割 _lj&}>l
L@HWm;aN
7.4激光焊接
@Iy&Qo
+_LWN8F
7.4.1激光热导焊 OwM.N+ z#T
Cn>RUGoUsI
7.4.2激光深熔焊 c*#*8R9.y
Td6"o&0A!
7.4.3激光复合焊 G(1y_t
THbV],RhJ
7.5激光快速成型技术 -<tfbaA
Ki: .^
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 NYcF]K}[
Fb{kql=
7.5.2激光快速成型技术 MKN],l
N
<^(g<B`>
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 eDPmUlC+-
`upxM0gc
7.6其他激光加工技术 EFb"{ L
_7LZ\V+MLW
7.6.1激光清洗技术 [10;Mg
%>G(2)Fb\\
7.6.2激光弯曲 JxM[LvVi
gP?uLnzvi
思考练习题7 =icynW^Fr
zU)Ib<$
第8章激光在医学中的应用 Ce0YO~I
7#BU d/
8.1激光与生物体的相互作用 (NBq!;_2,x
(n,!v)
8.1.1生物体的光学特性 :"oQ _bLT
6X@$xe847[
8.1.2激光对生物体的作用 `Mxi2Y{vp
S!;:7?mq
8.1.3激光对生物体应用的优点 .oNs8._:
_#8OHG.x
8.2激光在临床治疗中的应用 pjP
R3
r
Dqw?3 KB
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 lp;= f
nBA0LIb
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 +$F_7Hx
J!GWP:b3
8.2.3激光在眼科中的应用 CI )89`
"/zI sn7
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 PnKgUJoa0
9a*}&fL[
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 *N;# _0)/
c= }#8d.
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 NJ;D Qv
>
v~?Vd(
8.2.7光动力学治疗 ~X`_ g/5X
I,@ f*o
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 1eZ759PoO
u, R;=DNl
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 c9eLNVM
H^c8r^#
8.3.2激光断层摄影 q)ns ui(
D# "ppa}
8.3.3激光显微镜 B7fV_-p: G
A8 0r@)i
8.4医用激光设备 gJ8+HV
Nx8~Rn
8.4.1医用激光光源 X7*i -v@
(0=e ,1 n
8.4.2医用激光传播用光纤 ;s s, x
K6=i\
8.5激光应用于医学的未来 V u/{Hr
GYX/G>-r
8.5.1医用激光新技术 Sl8A=Ez
/2!Wy6 p
8.5.2光动力学治疗的前景 k-$5H~(PZ
a}Dx"zl;
思考练习题8 .FarKW
Wy[Ua#Dd
第9章激光在信息技术中的应用 R3;,EL{H&
LB1AjN J
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 $fhb-c3
}'y=JV>l
9.1.1半导体激光器 <QUjhWxDb
%q~YJ*\
9.1.2光纤激光器 5u<F0$qHc
t4RI%m\
9.1.3光放大器 ID-Y*
!&$uq|-
9.2激光全息三维显示 ,-11w7y\
{W[OjPC~F
9.2.1全息术的历史回顾 GI~JIXHTQ
xH\#:DLY
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 (V:z 7
s\)0 f_I
9.2.3白光再现的全息三维显示 F ka^0
3N(5V ;ti
9.2.4计算全息图 E^)>9f7
/Ria"lLv
9.2.5数字全息术 ;
S(KJV
*Vbf ;=Mb
9.2.6全息三维显示的优点 jf`QoK
V__|NVoOm
9.2.7全息三维显示的应用 qHZ!~Kq,"'
CNo'qlvF5N
9.2.8全息三维显示技术的展望 4=G)j+RCH
; i)NP X
9.3激光存储技术 ")'9:c
@>r3=s.Q
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 A#yZh\#
B_g zpS]
9.3.2激光光盘存储 Y<4%4>a
> FVBn;1
9.3.3激光体全息光存储 [MQU~+]
+f}u.T_#
9.3.4激光存储技术的新进展 h U3!
St1Ny,$yU
9.4激光扫描和激光打印机 !mjrI "_
eK=W'cNu
9.4.1激光扫描 \ E(Negt7
6T?$m7c
9.4.2激光打印机 AYVkJq ?
mMNT.a
9.5量子光通信中的激光源 ^^9O9]
%nRz~3X|+v
9.5.1量子光通信 IL]Js W
_ d[ 4EY
9.5.2量子态发生器及应用 .T>^bLuFy
U#qs^f7R
思考练习题9 '%W`:K'
m@Q%)sc )
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 !OCb^y
!08\w@
10.1激光核聚变 G1=/G
T{US zMj
10.1.1受控核聚变 kBRy(?Mft&
wNfWHaH" m
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 fn~Jc~[G|
{:63 % j
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 )S8 fFV
`y^tCJ2u*
10.2激光冷却 ~S85+OJ;M
!.EDQ1k
10.3激光操纵微粒 hhM?I$t:
h1(GzL%i_
10.3.1光捕获 [ T6MaP?
l0v]+>1i:
10.3.2微粒操纵 o^\L41x3
j><8V Qx
10.4超越经典衍射极限的分辨率 ndXUR4
,S%DHT
10.4.1解析延拓 E dp%z"J;C
3d>3f3D8;
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 ]\ .3<^
|Ok=aV7
10.4.3傅里叶叠层算法 !&f>,?wlP
O-N@HZC
10.4.4相干谱复用 &^I2N pT
dfa^5`_
10.4.5非相干结构光照明成像 zz7#g U
7rZE7+% ]
10.4.6超分辨荧光显微镜 TwT@_~ IM
ar%!h~
10.5激光光谱学 }vXf}2C
9R1S20O
10.5.1拉曼光谱 ?O| CY
EQvZ(-_;4
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 t*Xo@KA
hgmo b"o
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 ? kBX:(g
X%lk] &2
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 's>./Pf
5/ f"dX
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 +*')0I
VmbfwHRWb
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 VS\+ "TPuH
* $Tz g!/
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 "/~KB~bB
t91z<Y|
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 tDQo1,(oY
zi r?13N7
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 dSk x*#FEE
7W7yjG3g
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 [Q:C\f]
6z3`*B
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 &~MM\,KML
()`cW>[
思考练习题10 -n#fj;.2_
4^u wZ:
附录A随机变量 `}o{o
|j w{7\+
A.1概率的定义和随机变量 i[r>^U8O
6EY W:o
A.2分布函数和密度函数 -q")qNt.
{@*l ,[,5-
A.3推广到两个或多个联合随机变量 0\tdxi
mzH3Q56 4
A.4统计平均 $?M$^ - (e
K[s!3.u
附录B随机过程 & Do|Hw
SYaL@54
B.1随机过程的定义和描述 )>+J`NFa
y E=tuHv(0
B.2平稳性和遍历性 {K ,-fbE
u[b0MNE ~
参考文献 Q?WgGE4>
^sb+|b
 f`Wces=5
JXKo zy 41
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