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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。 /MC\ !,K
|7-tUHMo[
[attachment=99403] o6R(BMwGa
?H`LrL/k
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 wS K?mS6
,3j*D+
1.1光的波粒二象性 r%m2$vx #
1"k@O)?JP
1.1.1光波 oCr n
r4s R5p]|
1.1.2光子 ?cvv!2B]T
@b
zrJ 7$
1.2原子的能级和辐射跃迁 A @]
n"
Q7\Ax0
1.2.1原子能级和简并度 W A/\ x
&,/T< V
1.2.2原子状态的标记 , ]MX&]
c2nZd.SD|
1.2.3玻尔兹曼分布 /d4xHt5a
4$^=1a x
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 i469<^A
kLhtkuS4
1.3光的受激辐射 Tla*V#: Ve
jd{J3s '%
1.3.1黑体热辐射 m8?(.BJ%
=h) H`
1.3.2光和物质的作用 0[] ;c$r<
D u/s
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 J}x5Ko@
-=RXhE_{
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
DF~w20+
VtVnht1
1.4光谱线增宽 NJp;t[v.^
rcK*",>
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 + y^s
6j}
[{ pc1U-
1.4.2自然增宽 {1Qwwhov
P7o6B,9
1.4.3碰撞增宽 ~(8A&!#,!
/vhh2`
1.4.4多普勒增宽 +G~b-}
;kbz( :wA
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 +[ F8>9o&
QUNsS9
1.4.6综合增宽 Q3D xjD
=[WccF
1.5激光形成的条件 O ? 4V($
'Zzm'pC
1.5.1介质中光的受激辐射放大 \r Jk[Kec
rLnu\X=h$
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 !CWqI)=
*8N~ Zmz
思考练习题1 /[q@=X&
CUG6|qu
第2章激光器的工作原理 $W09nz9?
Gc'H F"w
2.1光学谐振腔结构与稳定性 A!J5Wz>Q5
^j`
vk
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 0nS6<:
FD*y[A
?
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ':,LZ A8A
z23KSPo
2.1.3稳定图的应用 '>6-ie^0
K5KN}sRs"
2.2速率方程组与粒子数反转 UY+~xzm
:$WRV-
2.2.1三能级系统和四能级系统 OjCT%6hy;
;2iZX=P`n
2.2.2速率方程组 ;V; 4#
}PXWRv.gW
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 Zy#r<j]T
n33SWE(
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 gk&?h7P"<
\u*,~J)z
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 %~h'#S2X(
YMWy5 \
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 ^v},Sa/ot]
o _-t/
?
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 <Z&gAqj 2
rYLNV!_
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 OYKV*
HGKm?'['
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 j7W_%Yk|E
B|Omz:c
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 M}c_KFMV
O$$N{
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 4?&=H
*H:
$^l=#tV
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 -P?}
qy^j(
A@#dv2 JzP
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 brFOQU?
;?cUF78#
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 VcP#/&B|
P8EGd}2{8
2.5激光器的损耗与阈值条件 csV1ki/A
5
9X |l&/
2.5.1激光器的损耗 )uaB^L1
Bm?Ku7}.
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 m/ukH{H1%
*iR`mZb
2.5.3阈值条件 EKt-C_)U
GwvxX&P
2.5.4对介质能级选取的讨论 L{=z}QO
A(uN=r@O
思考练习题2 < (iOzn
1Tl("XV3
第3章激光器的输出特性 crT[;w
x4.
#_o&
3.1光学谐振腔的衍射理论 X4TUi8ht!]
@@$
_TaI
3.1.1数学预备知识 md_L d
/
*Dn{MD7,M
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 AE$)RhY`
|EApKx aKD
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 ^KlOD_GN|
Glwpu-@X
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 \uaJw\EZ
fx|9*|E
3.2对称共焦腔内外的光场分布 VMHY.Rf
4rx|6NV6
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 =f["M=)ZJ
_&M>f? l
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 '=2t(@aC
\<8!b {F
3.3高斯光束的传播特性 Hq g H\
w"e2}iE7
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 uqn Z
7-LeJRB
3.3.2高斯光束的相位分布 UvI!e 4_
-7`J(f.rYC
3.3.3高斯光束的远场发散角 HT]ubw]rJ
bc ZonS
3.3.4高斯光束的高亮度 0 QpWt
s 6egd%r
3.4稳定球面腔的光束传播特性 vuAjAeKm
V1fPH;
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 4EK[gM 8
)Ga6O2:
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 S 6QG:|#P
}>w;
+XU
3.5其他几种常用的激光光束 WIghP5% W
!9
F+ uc5
3.5.1厄米-高斯光束 r:IU +3
'UyL%h;nJ
3.5.2拉盖尔-高斯光束 _H,Rcpy J
E=E<l?ob
3.5.3贝塞尔光束 lO
*Hv9#
p .HA `R>
3.6激光器的输出功率 d
!H)voX
,?qS#B+>
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 j{=%~
*}J_STM
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 ;1%a:#5
[>0r'-kI
3.7激光器的线宽极限 5"Yw$DB9
H,}?YW
3.8激光光束质量的品质因子M2 vEsSqzc
[=Z{y8#:J
3.9模式激光的某些一阶统计性质 {
\ePJG#
*/)gk=x8
3.9.1单模激光的一阶统计性质 ;w>B}v;RE
-&? -
3.9.2多模激光的一阶统计性质 NSq"\A \
^wlep1D
思考练习题3 U*@_T 3N
}dz(DP d
第4章激光的基本技术 J\V(MN,
#5D+XB T
4.1激光器输出的选模 "DpQnhvbB
[x PE?OD
4.1.1激光单纵模的选取 f"Iyo:Wt
?<;<# JN
4.1.2激光单横模的选取 `9-Zg??8r
wOOPWwk
4.2激光器的稳频 b ~gF,^w
T!PX?
4.2.1影响频率稳定的因素 kQ8 WO|bA
5IK@<#wE
4.2.2稳频方法概述 m 5Kx}H ~
[7V] =] p
4.2.3兰姆凹陷法稳频 brWt
N,|oV|i
4.2.4饱和吸收法稳频 gISs+g
.Dm{mV@*T
4.3激光束的变换 ]_?y[@Z P
[_ d*J/ X
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 _SqrQ
;Y\,2b, xh
4.3.2高斯光束的聚焦 0^ [ 6
;[9Is\
4.3.3高斯光束的准直 m##=iB|;
sXxO{aeev
4.3.4激光的扩束 |xm|Q(PG
;^]A@WN6_
4.4激光调制技术 Y>~JI; Cu`
1tdCzbEn+
4.4.1激光调制的基本概念 h.0K
PF]O
$nn5;11@gY
4.4.2电光强度调制 >gJWp@6V
7 w, FA
4.4.3电光相位调制 OB 22P %
LS ' =>s"
4.5激光偏转技术 'QF>e
hT"K}d;X
4.5.1机械偏转 vuBA&j0C
`@7tWX0
4.5.2电光偏转 'Aj> +H<B
dL(|Y{4
4.5.3声光偏转 k qw? X{
tpONSRY
4.6激光调Q技术 LnS >3$t *
Q%^bA,$&D
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q h>0<@UP
vq1&8=
4.6.2调Q原理 ;4$C$ r!t
"6Uj:9
4.6.3电光调Q PBtU4)
IviQ)h p
4.6.4声光调Q A#&qoZ(C
dRm'$
G9
4.6.5染料调Q B}+9 U
-FV'%X$i
4.7激光锁模技术 T0% TeFY
lVtn$frp
4.7.1锁模原理 C} _:K)5q
( y*X8
4.7.2主动锁模 A'iF'< %
TZNgtR{q
4.7.3被动锁模 n5*7~K "C
- oBas4J
思考练习题4 W y*7j B
:<k|u!b}y
第5章典型激光器介绍 Eu.qA9,@U
M l?)Sc"\7
5.1固体激光器 } <4[(N
\N+Ta:U1P
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 z.&% >%TPP
t<,p-TM]
5.1.2固体激光器的泵浦系统 myOX:K*
^jjJM| a
5.1.3固体激光器的输出特性 UQ])QTrZFi
eZ5}O0sfp
5.1.4新型固体激光器 S oU'r]k1x
hRIS [#z;U
5.2气体激光器 OKP_3Ns
wn|@D<
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 #aY<J: Nx
g*?+ ~0"`Y
5.2.2二氧化碳激光器 U9 .=Ik
I S8nvx\
5.2.3Ar＋离子激光器 'O2#1SWe
PJ'lZu8?x
5.3染料激光器 tW"ptU^9)
([dL:Fb
5.3.1染料激光器的激发机理 ?J@qg20z
tr9Y1vxo{
5.3.2染料激光器的泵浦 i2a"J&,6O
RG
r'<o )
5.3.3染料激光器的调谐 .4re0:V
\*!%YTZ~
5.4半导体激光器 s8 Ry}{
W$Q)aA7
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 *R\/#Y|
Xe3z6
5.4.2PN结和粒子数反转 6+nMH
+[
yX.5Y |A<
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 ? Ga2K
R k j KIa
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 K R+BuL+L
NQiecxvt=
5.5其他激光器 !QR?\9`
?~JxO/K
5.5.1准分子激光器 g;#KBxE
gLSG:7m@
5.5.2自由电子激光器 QB3d7e)8>
5 (21gW9
5.5.3化学激光器 Q@W|GOH3
x #X#V\w=
思考练习题5 ~? FrI
N[x@j)w-`
第6章激光在精密测量中的应用 PMN2 VzE4{
J={OOj
6.1激光干涉测长 Bw]L2=d
O`[iz/7m
6.1.1干涉测长的基本原理 MpIw ^a3(r
nl-t<#z[
6.1.2激光干涉测长系统的组成 ;;w6b:}-c
WW [`E
6.1.3激光外差干涉测长技术 ELrZ8&5G
]Z$TzT&@%
6.1.4激光干涉测长应用举例 4&oXy,8LC
j*H;a ? Y
6.2激光衍射测量 XAU_SPAjiw
9 yW ~79n
6.2.1激光衍射测量原理 vpeBQ=2\
y@k cXlY
6.2.2激光衍射测量的方法 6}i&6@Snq?
>^H'ZYzw
6.2.3激光衍射测量的应用 \at-" [.
fY%M=,t3c
6.3激光测距 3Zaq#uA
/nY) .lSH
6.3.1激光脉冲测距 i{|lsd(+
~N{_N95!2@
6.3.2激光相位测距 $d2kHT
$h, &b<-
6.4激光准直及多自由度测量 *dG}R#9Nv
u 5 Eo
6.4.1激光准直仪 V A=#0w
+ U+a Wk
6.4.2激光衍射准直仪 LZUA+ x (
` CA G8D
6.4.3激光多自由度测量 jiwpDB& [
H b
A3*2
6.5激光多普勒测速 @~$F;M=.*
J@ktj (
6.5.1运动微粒散射光的频率 462!;/ y
;# R3k
6.5.2差频法测速 ~@-QbkC
RRS~ xOg
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 Dm|gSv8d,
^e a RgNz
6.6环形激光测量角度和角加速度 k1f3?l
vlU
42Aje
6.6.1环形激光精密测角 8S.')<-f
QmH/yy3.%
6.6.2光纤陀螺 w69>tC
9Qt)m
fqM
6.7激光环境计量 Jw:Fj {D
pAJ=f}",]E
6.8激光散射板干涉仪 y3={NB+
rPiiC/T.`
思考练习题6 >vD ['XN ,
E xep+x-
第7章激光加工技术 ERp:EZ'
E1c>nrnh*
7.1激光热加工原理 u;+%Qh
@@xO +$6
7.2激光表面改性技术 ~a 'nHy1
o5N]((9
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 \3t, |% v
?vZWUWa
7.2.2激光表面熔凝技术 7XUhJN3n
4r_!>['`"
7.2.3激光熔覆技术 -d|BO[4j
F3r S6_
7.3激光去除材料技术 Fy 4Tvg
#2Ac
7.3.1激光打孔 W ;fH&r)d@
z6 p#fsD
7.3.2激光切割 <)_:NRjBF&
**T:e I+
7.4激光焊接 DapQ}2'_
ky'|Wk6
7.4.1激光热导焊 W.yV/fu
pGY [f@_x-
7.4.2激光深熔焊 MS{Hz,I,
r> Fec
7.4.3激光复合焊 E/:+@'(k
nHI(V-E2:H
7.5激光快速成型技术 kj x>
@kwLBAK}@
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 b HO7* E
hX0RET
7.5.2激光快速成型技术 Of D@\;L
Vn)%C_-]A
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 V)2"l"Kt
>oe4mW
7.6其他激光加工技术 n ped
NV&;e[z
7.6.1激光清洗技术 v]66.-
jVX._bEGX
7.6.2激光弯曲 :L]-'\y
,`D/sNP ,q
思考练习题7 vAi"$e
!-KCF MvT
第8章激光在医学中的应用 UV?[d:\>'
kclp}
8.1激光与生物体的相互作用 ;
Z h9^0
XQK^$Iq]V
8.1.1生物体的光学特性 P `}$-#D F
_i-\mR_~
8.1.2激光对生物体的作用 1W*V2` 0>
Z/xV\Ggx
8.1.3激光对生物体应用的优点 D=2~37CzQ1
!{ $qMhT
8.2激光在临床治疗中的应用 5 RW@_% C
Dp^"J85}
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 -y%QRO(
v,n);
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 VxNX d?
V:(y*tFA
8.2.3激光在眼科中的应用 J K[T]|G
NK 8<=
n%"
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 [C~fBf5
,cLH*@
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 7@JjjV
x,w8r+~5
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 %z30=?VL
"";=DH
8.2.7光动力学治疗 %yeu"
\e_IFISC
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 -jFP7tEv
d60c$?"]a(
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 2v4W6R
wXz\N GW
8.3.2激光断层摄影 |ribWCv0
5Wo5 n7o
8.3.3激光显微镜 U4=]#=R~o
2bkJ /u`i
8.4医用激光设备 k<!<<,Z
iZC>)&ax
8.4.1医用激光光源 H*GlWgfG
Z A [ )
8.4.2医用激光传播用光纤 2.ew^D#
k j-=xhJ{=
8.5激光应用于医学的未来 DjY8nePyE
, }KwP *:Z
8.5.1医用激光新技术 pKq ]X}[^c
9YAM#LBTWi
8.5.2光动力学治疗的前景 0',[J
>[EBpYi
思考练习题8 Cpe #[mE
f $vwuW
第9章激光在信息技术中的应用 J||E;=%f-Q
![
a
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 ;uK";we
.8K6C]gw
9.1.1半导体激光器 ewpig4
bf1)M>g,O
9.1.2光纤激光器 N\'TR6_,b
yWNOG 2qAP
9.1.3光放大器 g
&*m ozs
(#If1[L
9.2激光全息三维显示 z{=v)F5y
>otJF3zw
9.2.1全息术的历史回顾 j|mv+O
eSn$k:\W
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 3-iD.IAUm@
d+0^u(gc!8
9.2.3白光再现的全息三维显示 ?,>5[Ha^?
M1EOnq4-
9.2.4计算全息图 sDX/zF6t
)nO E 8y/
9.2.5数字全息术 TtZ}"MPZ
AX;c}0 g
9.2.6全息三维显示的优点 0yaMe@&,
`w+1C&>^[
9.2.7全息三维显示的应用 sBU_Ft
+j.qZ8
9.2.8全息三维显示技术的展望 F\-Si!~oOz
b)`pZiQP
9.3激光存储技术 *7Xzht&f
6} #"qqnx
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 @D]lgq[
AuXs B
9.3.2激光光盘存储 (0R2T"/
+(&| u q^
9.3.3激光体全息光存储 ) b0];&hw]
BPewc9RxV
9.3.4激光存储技术的新进展 IJ_ m
F,& )X>:l
9.4激光扫描和激光打印机 <h@]Ri
{E~Xd
9.4.1激光扫描 uXpv*i {R
7]Rk+q2:
9.4.2激光打印机 03_pwB)^
'fn$ 'CeM(
9.5量子光通信中的激光源 z SXA=
iZ "y7s
9.5.1量子光通信 }LQC.!
Cfv]VQQE
9.5.2量子态发生器及应用 M)O [j}N
AG>\a V"b
思考练习题9 X}W )3v
O:YJ%;w
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 R5kH0{zM
h/? 6=D{
10.1激光核聚变 T,OS 0;7O
?4[NNL
10.1.1受控核聚变 oj@g2 H5P
oM-[B h]A
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 V:Mk)8Gf|
[0!{_E)<
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 M4:s;@qZ.
w
&
P&7
10.2激光冷却 "V}qf3 qU
yWY|]Pp
10.3激光操纵微粒 R6P\T\~E
2Wl{Br.
10.3.1光捕获 7n&yv9"
:)4*^a/lC
10.3.2微粒操纵 Z&Pu8zG
/m
4Jykos2
10.4超越经典衍射极限的分辨率 Y.-S=Y
%*K;np-q{
10.4.1解析延拓 iRve)
?1w"IjUS
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 u"Y]P* [k
"
" %#cDR
10.4.3傅里叶叠层算法 "dtlME{Bx
CXAVGO'xw
10.4.4相干谱复用 ArXl=s';s4
E1(1E?}!
10.4.5非相干结构光照明成像 -_>.f(1
A ~&+F>Z
10.4.6超分辨荧光显微镜 Z@M6!;y#
N RSU+D-z
10.5激光光谱学 bV6V02RF
bVK$.*,
10.5.1拉曼光谱 1`l;xw1W
GFL-.?
0
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 #pA[k -
e=> % ^F
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 7I
>J$"
(STx $cya
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 1<,/
-H
m~>@BCn;
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 sE9Ckc5
BS2?!;,8
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 -J?~U2
%5Rq1 $D
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 8Q(8b@ZO,
6+PGwCS
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 ,8## OB(
sfI N)jh
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 ; k}H(QI
mx}E$b$<CY
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 a.,_4;'UE1
% rc FT_
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 {ERje uDm]
m
=k%,J_
思考练习题10 =x
H~ww (D
U
~1 SF
附录A随机变量 '{VM> Q
/80YZ
A.1概率的定义和随机变量 8R4qU! M
r\xXU~$9v
A.2分布函数和密度函数 ~ 5"J(
mHs:t{q
A.3推广到两个或多个联合随机变量 x+:zq<0|
g^j7@dum
A.4统计平均 H.~bD[gA
?D=8 {!R3
附录B随机过程 p;`N\.ld
_6rKC*Pe1
B.1随机过程的定义和描述 )eR$:uO
/aOlYqM(>
B.2平稳性和遍历性 N-%#\rPq.
* nCx[
参考文献 T 2|:nC)@
_}ele+
 E em
g
NvHN -^2
（实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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