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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。 <aD+Ki6
Y }d>%i+
[attachment=99403] DNO%J^
g<c^\WG
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 K ePHn:c
\$UU/\
1.1光的波粒二象性 HJr g
%LW~oI.
1.1.1光波 0zNS;wvv&
lV="IP^7
1.1.2光子 5Ozj&Zq
`Yve
1.2原子的能级和辐射跃迁 Vi-@z;k
a]ey..m
1.2.1原子能级和简并度 kS!*kk*a
_< Tz 1>j=
1.2.2原子状态的标记 [%q":Ig
BpE[9N
1.2.3玻尔兹曼分布 d|lzkY~
7.-|3Wcg
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 A":x<9
dksnW!
1.3光的受激辐射 wEyh;ID3#
Rk^&ras_
1.3.1黑体热辐射 xRmB?kM3]5
I115R p0
1.3.2光和物质的作用 yR-.OF,c
:a2?K 5
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 6iOAYA=
/);6 j,x
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 3@ SfCG&|e
Gl(,%~F9i
1.4光谱线增宽 es{
9[RHK
z
Ey&%Ok
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 _*_zyWW_j
f/xBR"'
1.4.2自然增宽 mDhU wZH
vv3?ewr
y
1.4.3碰撞增宽 6FfDif
^ gy(~u
1.4.4多普勒增宽 B dSTB"
)+J?(&6
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 H]-nm+
D6D*RTi4
1.4.6综合增宽 =1D*K%
HO'
HkVA
1.5激光形成的条件 /dO& r'!:
Z`[j;= [
1.5.1介质中光的受激辐射放大 ,YH.n>`s+
RG cT
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 8.@ yD^'
g&"Nr aQM9
思考练习题1 ]uP {Sj
R,(^fM
第2章激光器的工作原理 r`5;G4UI
q.*qZ\;K
2.1光学谐振腔结构与稳定性 Z-WWp#b
$.`(2
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 ; qvZ *
>$}nKPC,Y
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 u*"tZ+|m
3p7*UVR"
2.1.3稳定图的应用 'oo]oeJ-
}3@`'i7
2.2速率方程组与粒子数反转 4*'NpqC(_
,TL~];J'
2.2.1三能级系统和四能级系统 z%b3/rx
|ek*wo
2.2.2速率方程组 qlSMg;"Ghw
`9@!"p
f
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 t#kmtJC
?
[ =P
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 K":- zS
&H* F
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 N#|c2n+
|
YvO$4=s
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 G.L4l|%W
NJn ~X Cq
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 #~(@Ka.eA0
F*} b),
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 !iITX,'8
=$f xK
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 n1$p
esr
T- JJ c#
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 @"Do8p!*(6
~KEnZa 0
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 B f [D&O
_Tev503
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 eD G=-a4
V.;0F%zks5
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 q18dSu
R0 {+Xd
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 >KC *xa"
Dr<% Lr
2.5激光器的损耗与阈值条件 wHdq :,0-!
R~)c(jj5
2.5.1激光器的损耗 2x'JR yef
0G;RMR ':5
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 Oxy. V+R
^PO0(rh
2.5.3阈值条件 4e1Zyi!
zLC\Rc4
2.5.4对介质能级选取的讨论 <eb> / D
Mt<TEr}7Z=
思考练习题2 T<?JL.8 g_
* }A J7]
第3章激光器的输出特性 :1=mNrg
{> >f5o 3
3.1光学谐振腔的衍射理论 4: 5 CnK
/ IAK'/
3.1.1数学预备知识 r4D6g>)h1q
[gQ* y~N
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 D 0\
.pr- ^
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 Azq,N@HO
@ 4j#X
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 I(
G8cK
pkM_ @K
3.2对称共焦腔内外的光场分布 ; :a7r N"(
RWz^
MV5K
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 TCv}N0
km4::'(6
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 b-;+&Rb
Z~9\7QJn
3.3高斯光束的传播特性 Y*dzoN.sW
Ck/4 h Z
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ,ZC ^,Vq
/t0 1 z~_
3.3.2高斯光束的相位分布 ~NMal]Fwx
.UU BAyjm
3.3.3高斯光束的远场发散角 i
o 3qG6
rH8w||S2U
3.3.4高斯光束的高亮度 JD^(L~ n]
l+*^P'0u
3.4稳定球面腔的光束传播特性 >u4%s7 v
ZYos. ay
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 /0uZ(F|>I
>c|u |^3zt
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 :lcZ )6&S
i<YatW~Pu
3.5其他几种常用的激光光束 c6:"5};_
QU2 \gAM
3.5.1厄米-高斯光束 [k ZvBd
G,FYj'<!7,
3.5.2拉盖尔-高斯光束 559znM=
(f,D$mX
3.5.3贝塞尔光束 TPZZln'3
c{Nk"gEfRA
3.6激光器的输出功率 kL 6f^MoL
K'+GK S7.
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 _%Sorr
<03 @c s
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 ( 1T2? mO
M;V
(Tf
3.7激光器的线宽极限 Q* ifmnB'
6TvlK*<r=
3.8激光光束质量的品质因子M2 ?dP3tLR
9JV(}v5[
3.9模式激光的某些一阶统计性质 L:"i,K#P
??5qR8n.
3.9.1单模激光的一阶统计性质 55 )!cw4
+ulBy
3.9.2多模激光的一阶统计性质 cobq+Iyu
^B8%Re %
思考练习题3 F /sXr(7
S /Pffal
第4章激光的基本技术 "v@$CR9<T
zc>/1>? M
4.1激光器输出的选模 teH $hd-q
kKFmTo
4.1.1激光单纵模的选取 mk.:V64 >;
z6 2gF|Uj
4.1.2激光单横模的选取 cf)2GoV>e
Cy-q9uTm
4.2激光器的稳频 nQ 2V
dmI,+h HtL
4.2.1影响频率稳定的因素 A@-nn]
${Cb1|g>j
4.2.2稳频方法概述 RO?5WJpPj
NKf][!bi
4.2.3兰姆凹陷法稳频 Njsz=
aTF~rAne<
4.2.4饱和吸收法稳频 1 Y!" C
( P|Ph
4.3激光束的变换 .^j 6
u&Ts'j
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 pi7Fd\A
>ly`1t1
4.3.2高斯光束的聚焦 T^.;yU_B?
J4 [7*v
4.3.3高斯光束的准直 :#W40rUb
E x2TV7I
4.3.4激光的扩束 , tJ%t#
mpfc2>6Il.
4.4激光调制技术 "\M16N
8?#4<4Ql8
4.4.1激光调制的基本概念 aHx(~&hRcL
YCZl1ry:V=
4.4.2电光强度调制 VL= . JwK
4# Wc zk-b
4.4.3电光相位调制 B@g 0QgA
Y^DS~CrM
4.5激光偏转技术 6U[`CGL66
/.{4
KW5
4.5.1机械偏转 h.CbOI%Q
9a} rE
4.5.2电光偏转 ??eSGQ|
pJ35 M
4.5.3声光偏转 e a LSq
K s
8
4.6激光调Q技术 6)63Yp(
h?E[28QB
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q C-!!1-Eq?:
^UI{U1N~Bz
4.6.2调Q原理 kSx^Uu *
L -z37kG^
4.6.3电光调Q 0G`_dMN
Ay\=&4dv
4.6.4声光调Q PqV9k,5f
v5 STe`
4.6.5染料调Q e~]3/ 0
BoQLjS{kN
4.7激光锁模技术 bH4'j/3
Ibt~e4f
4.7.1锁模原理 ~\_aT2j0
!$ &k@#v:
4.7.2主动锁模
1@Abs
JGQlx-qv
4.7.3被动锁模 f P'qUN
:lj1[q:Y>
思考练习题4 zAT7 ^q^
4q sIJJ[.
第5章典型激光器介绍 z}I =:
p!qV!:
5.1固体激光器 CqW:m*c
NIZ N}DnP
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 .B 2?%2S
O.61-r p
5.1.2固体激光器的泵浦系统 ]D(!ua5|x`
M- inlZNR
5.1.3固体激光器的输出特性 y/U(v"'4U
N- XOPwx'
5.1.4新型固体激光器 5(BB` )
g<C_3 ap/
5.2气体激光器 <T ] BSQk
8!8 yA
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 wz1fx>Q
R^8L^8EL
5.2.2二氧化碳激光器 (-k`|X"
g\9I&z~?
5.2.3Ar＋离子激光器 }:JE*D|
b(^g v
5.3染料激光器 < 1")JDW
0\fV'JDOR
5.3.1染料激光器的激发机理 G@s ]HJ:
+?"N5%a%F
5.3.2染料激光器的泵浦 hf5yTs
\HR <^xY
5.3.3染料激光器的调谐 PL+r*M%ll
>K]s)VuWR
5.4半导体激光器 :r5DR`Rfm
T NwBnM e
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 P#e 1?
!~X[ qT
5.4.2PN结和粒子数反转 TL^af-
Xx.4K>j+j
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 & x~&]
1oD1ia#
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 a4'KiA2r
_hM
#*?} v
5.5其他激光器 9 \2<#,R1q
OnD!*jy
5.5.1准分子激光器 $e(]L(o;
lrn3yDkR?
5.5.2自由电子激光器 N0Y$QWr_$
px|y_.DB2x
5.5.3化学激光器 a/})X[2
Cxn<#Kf\-<
思考练习题5 WCa>~dF>
fY)Dx c&ue
第6章激光在精密测量中的应用 X<pg^Y0
OR{<)L
6.1激光干涉测长 YIP / N
U< T.o0s=
6.1.1干涉测长的基本原理 M8 4{u!>[
+>zjTP7\e"
6.1.2激光干涉测长系统的组成 0D x,)C
Ino$N |G[
6.1.3激光外差干涉测长技术 HIK" Ce
$P=B66t
^
6.1.4激光干涉测长应用举例 9\yGv
ld RV
JVZc
6.2激光衍射测量 2 (SU# / ,
GM1z@i\5
6.2.1激光衍射测量原理 <F>^ffwGH-
;$`5L"I5$
6.2.2激光衍射测量的方法 ,F&TSzH[@v
& XS2q0-x
6.2.3激光衍射测量的应用 }rWEa^
Qs38VlR_m
6.3激光测距 W ^a-K
tHhau.!
6.3.1激光脉冲测距 'H19@b5rx
%l4;-x<e
6.3.2激光相位测距 LB(I^
J^!2 F}:
6.4激光准直及多自由度测量 )[t zAaP7
UN
FQ`L
6.4.1激光准直仪 oFO)28Btv
jT R>H bh
6.4.2激光衍射准直仪 L|?$F* bs
J AQ y
6.4.3激光多自由度测量 Su4&q Y
,A$#gLyk<
6.5激光多普勒测速 #9( 0 .!v
e_<'zH_1
6.5.1运动微粒散射光的频率 >) Udb//
1g{-DIOmn
6.5.2差频法测速 uW%(ySbq
KF4D)NM |
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 H^VNw1.
ab}Kt($
6.6环形激光测量角度和角加速度 Wz8 MV -D
2`|gnVw
6.6.1环形激光精密测角 ;+Dq 3NE
s6DmZ ^Y%
6.6.2光纤陀螺 Kl' u
jk Q%b.a
6.7激光环境计量 ;u(#-C2^{l
J1s~w`,
6.8激光散射板干涉仪 >U~{WM$"Y
OV"uIY[%8V
思考练习题6 & t.G4
rIh"MQvi[
第7章激光加工技术 ,+d\@ :
)Ja&Y
7.1激光热加工原理 F I(iqSJ6
j`D%Wx_
7.2激光表面改性技术 K9HXy*y49
|3bCq(ZR\P
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 O)aWTI
aPwUC:>`D
7.2.2激光表面熔凝技术 S"@/F-
81
j; MQ_?"iN
7.2.3激光熔覆技术 ~pC\"LU`
{vhP'!a6W
7.3激光去除材料技术 4:I'zR5
HM]mOmL90N
7.3.1激光打孔 nO CCOTf
R1/h<I:
7.3.2激光切割 (
kKQs" )
sGp]jqX2,m
7.4激光焊接 lEYAq'=
@2`$ XWD
7.4.1激光热导焊 (a9>gLI0
2. 2G79 U,
7.4.2激光深熔焊 [0?W> A*h
o bz|*1M?
7.4.3激光复合焊 W^k|* Y|
[S_qi,
7.5激光快速成型技术 )ppIO"\
Q
H 57[Yg
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 V{{Xz:
k0v&U@+-J
7.5.2激光快速成型技术 +B&,$ceyaJ
y2o~~ te
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 *Dc B?8%
:pCv! g2
7.6其他激光加工技术 0,]m.)ws
>X_5o^s2s
7.6.1激光清洗技术 d=DQS>Nz
*A ([1l&]i
7.6.2激光弯曲 )?MUUI :
\\)9QP?
思考练习题7 ["1Iz{
)Y &RMY y
第8章激光在医学中的应用 ]2
wZ%a:Z4TcM
8.1激光与生物体的相互作用 v+vM:At4
<<Q}|$Wu
8.1.1生物体的光学特性 _Q9I
W
T&nIH[}v
8.1.2激光对生物体的作用 V0G"Z6
XM57 UG
8.1.3激光对生物体应用的优点 ^oMdx2Ow#
-R-yr.$j*
8.2激光在临床治疗中的应用 WD >z
Y[rRz6.*(
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 Q;?rqi
,
"O/
6SV
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 isU4D
\h@3 dJ4
8.2.3激光在眼科中的应用 rHp2I6.0a
U[{vA6
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 m0p%R>:5
>zo_ }A!
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 ~0Z.,p_
VZ$^:.I0
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 2 GxkOch
KP& $Sl
8.2.7光动力学治疗 (>SucUU
9 UCA&n
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 )l H` a
] @uuB\u
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 4x-K0
lx<!*2
-^
8.3.2激光断层摄影 0{(5J,/BF
Al+}4{Q+?
8.3.3激光显微镜 1G8,Eah
>o1,Y&
8.4医用激光设备 V-9\@'gc
6 w4HJZF~
8.4.1医用激光光源 'Pe;Tp> `
# ~Za N;u
8.4.2医用激光传播用光纤 ] Q#k"Je
3<>DDY2bl
8.5激光应用于医学的未来 PsM8J
6x;!E&<
8.5.1医用激光新技术 i`w)d S
#$;}- *
8.5.2光动力学治疗的前景 j JD*s/o
ue*o>iohB
思考练习题8 8?1MnjhX10
>P ~j@Lv
第9章激光在信息技术中的应用 "?^#+@LV
On0,#i=
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 L=dQ,yA
yN/g;bQ
9.1.1半导体激光器 +ryB*nT
0),fY(D2T
9.1.2光纤激光器 $Lz!04
[Z^ 26/5a
9.1.3光放大器 Sd/7#
Q <ulh s
9.2激光全息三维显示 .hJcK/m
<}G/x*N
9.2.1全息术的历史回顾 &W3 Hj$>
"m`}J*s"
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 &Im-@rV!
3WM*4
9.2.3白光再现的全息三维显示 NA$%Up
R$`%<Y3)
9.2.4计算全息图 \Hw*q|
v'm-A d+4t
9.2.5数字全息术 h; 6G~D
s4j ]kH
9.2.6全息三维显示的优点 t'Zv)Wu1 E
.Rt~d^D@
9.2.7全息三维显示的应用 g_J QW(_
51-'*Y
9.2.8全息三维显示技术的展望 xo4lM
> Edsanx
9.3激光存储技术 L)qUBp@MW
qHvU4v
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 WD1>{TSn
I+(
b!(H
9.3.2激光光盘存储 bVzJOBe
_
^'QHWP
9.3.3激光体全息光存储 S$gLL kD1
q/Zs]Gz
9.3.4激光存储技术的新进展 wYLodMaYH
H^dw=kS
9.4激光扫描和激光打印机 y\,,hs
>
H&v
9.4.1激光扫描 ,&
wd
>f4[OBc
9.4.2激光打印机 ]$#9B-uB
o_BRsJy
9.5量子光通信中的激光源 x4h.WDT$
L c
)i
9.5.1量子光通信 l%xTF@4e
A xeQv' e
9.5.2量子态发生器及应用 j#u{ (W 'r
g W_E
思考练习题9 *sau['Ha
x$t2Y<_
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 ex^ 9 l b
B_D0yhh
10.1激光核聚变 &8yGV i
^ cE {Uv
10.1.1受控核聚变 S}cR+d1}h
hk$ I-
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 YWJ$Pp
[#YzU^^Ib
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 @eutp`xoT\
u'k+t`V&
10.2激光冷却 6(x53 y__
: pNS$g[
10.3激光操纵微粒 ^Epup$
sS c~q+xz
10.3.1光捕获 [qxU
\OSC
n).*= YLN
10.3.2微粒操纵 _CTg")0o
LwTdmR
10.4超越经典衍射极限的分辨率 cNN0-<#c
D?UURUR f
10.4.1解析延拓 m 9\"B3sr
w^=(:`
10.4.2综合孔径傅里叶全息术
?6>* mdpl
gz~ug35
10.4.3傅里叶叠层算法 u c}tT mB|
?3qp?ea
10.4.4相干谱复用 h_\(
$"
5 UOqS#"0
10.4.5非相干结构光照明成像 >I<}:=
oO`a {n-
10.4.6超分辨荧光显微镜 =HJ7tele
)Vrp<"v
10.5激光光谱学 Yyd]s\W
*4LRdLMn
10.5.1拉曼光谱 Gy;Fe=
Qa\,)<'D:
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 o3eaNY a
[b& V^41W
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 p|NY.N
(C1~>7L
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 ^TjC
~-y&C%
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 Q+wO\TtE
M2R krW#
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 _cC1u7U9
T31F8K3x
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 @GGQ13Cj(
P;-.\VRu
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 Fw {68ggk
V~
MsGj
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 tQYV4h\Qj
8~yP?#p
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 G<k. d"<
Mk=*2=d
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 r}sO},i
Hmk xE
思考练习题10 NFtA2EMLu[
<;'{Tj-"
附录A随机变量 #H<}xC2
.qKfhHJ
A.1概率的定义和随机变量 W`c$2KS?DO
B
u%%O8
A.2分布函数和密度函数 +'iqGg-
8B-mZFXpK
A.3推广到两个或多个联合随机变量 1Y;.fZE
&/2+'wCp5
A.4统计平均 !.MbPPNp
[u=yl0f
附录B随机过程 2<h~:
L
+- SO}P
B.1随机过程的定义和描述 zHg=K /
<gGO
B.2平稳性和遍历性 ?b'(39fj
b/JjA
参考文献 xdDe@G;"
KHx;r@ {<
 rZ5xQ#IA
0u&x %c
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