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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。 B =7maYeU
x34GRe !!
[attachment=99403] Qpj[ ]c5
ZHlHnUo
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 mahNQ5 W*)
MmePhHf
1.1光的波粒二象性 `M. I.Z_
MJCz %zK
1.1.1光波 .p?SPR
Xr'b {&
1.1.2光子 8R-;cBT
@1<VvW=
1.2原子的能级和辐射跃迁 SqdI($F\:
:z *jl'L
1.2.1原子能级和简并度 7+IRI|d
-WR<tkK
1.2.2原子状态的标记 "Nz@jv?
^ zS ;/%
1.2.3玻尔兹曼分布 A zp!; +
zSu,S4m_;
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 *"4l}&
~jmI`X/
1.3光的受激辐射 { E7STLQ_%
F%af05L[
1.3.1黑体热辐射 B#35)QI
-YmIRocx
1.3.2光和物质的作用 {,Rlq
Cud!JpL
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 &\Lu}t7Ru
6`bR'
0D
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 9sd}Z,l
#};Zgixo$
1.4光谱线增宽 VZ y$ 0*
[Fv,` */sm
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 zA:q/i
UO!} 0'
1.4.2自然增宽 @A(jo 32
$|T Lt{ K
1.4.3碰撞增宽 Zy8tI#
uJeJ=7,EO
1.4.4多普勒增宽 zjSl; ru
-5|el3%)
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 bZK^q B
8lS
RK%
1.4.6综合增宽 81!;W t(?
Q&_#R(3j;
1.5激光形成的条件 7Cbr'!E\_V
$b2~H+u(
1.5.1介质中光的受激辐射放大 J& }1=s
q(L.i)w$
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 rmtCCPF?0
LnN:;h
思考练习题1 QD%6K=8Q
o@]n<ZYo
第2章激光器的工作原理 6E:H
d6 -q"
2.1光学谐振腔结构与稳定性 0uPcEpIA
@
'N $5
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 SW+;%+ `
p9mGiK4!
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 1
XJZuv,T:
8>D*U0sNl
2.1.3稳定图的应用 s*Z
yr%R
T4gfQ6#
2.2速率方程组与粒子数反转 B4+c3M\ $V
TcJJ"[0
2.2.1三能级系统和四能级系统 8}4.x3uw
pY&dw4V
2.2.2速率方程组 R!WDQGR(2
d{@'&?tj
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 JP
{`^c
@\xEK5 SG
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 8x7T K2r
f~TkU\Rh
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 XFl&(I4tB
hE'7M;
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 oWi#?'
SkVah:cF-
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 Z?3 B1o9
\yxGE+~P
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 4e;
le&
R[fQ $` M
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 },Grg~l
AeN:wOm
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 nmE H/a
0/fZDQH
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 XpK
Y#
wN/v-^2
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 uGW#z_{(n
YN:Sn\`D 8
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 k]RQ 7e
6cbV[ !BL
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 TeR bW
T?.l_"%%d
2.5激光器的损耗与阈值条件 KZ^>_K&
Sz ')1<
2.5.1激光器的损耗 )"M;7W?R0
{D y,|}7s
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 ;:J"- p
BePb8
k< y
2.5.3阈值条件 Dvl\o;
RF4B ]Gqd
2.5.4对介质能级选取的讨论 ;b=7m#5
+u\w4byl
思考练习题2 ~HT:BO$
a[sdYZ
第3章激光器的输出特性 p?P.BU\CR
~ Hj c?*
3.1光学谐振腔的衍射理论 JnnxXj30,
n :s _2h(u
3.1.1数学预备知识 Qx!Bf_,J
F J?]|S.?,
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 i??+5o@uTF
j>v8i
bS(
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 .N\t3\9}
T xpj#JD
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 mY XL
{`J!DFfur
3.2对称共焦腔内外的光场分布
z{V#_(
YWV)C?5x &
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 )fS6H<*
a_b+RMy
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 !A|}_K1Cr
Py+ B 2G|
3.3高斯光束的传播特性 a8k`Wog
aE"dpY Q
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 j"zW0g!S
$~
d6KFT
3.3.2高斯光束的相位分布 dI=&gz
j-FMWEp
3.3.3高斯光束的远场发散角 ~HtD] |7
o4z|XhLr
3.3.4高斯光束的高亮度 1UB.2}/:
Zx6h%l,%
3.4稳定球面腔的光束传播特性 "EWq{l_I5$
9j5Z!Vsy
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 .6 bo
JZ-64OT
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 U56g|V
! Ow
M-t
3.5其他几种常用的激光光束 h_\W 7xt
rploQF~OFF
3.5.1厄米-高斯光束 XJq]l6a:
/>>KCmc
3.5.2拉盖尔-高斯光束 j[t 2Bp
~rAcT6#
3.5.3贝塞尔光束 ;vpq0t`
"uyr @u0b
3.6激光器的输出功率 ZR{YpLFQ
Y2g% {keo
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 vn@sPT
a ^O>i#i
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 U2Ky4UFm
7s}F`fjKP
3.7激光器的线宽极限 nKTi"2 dm
UCTc$3
3.8激光光束质量的品质因子M2 wg:\$_Og
uOd1:\%*
3.9模式激光的某些一阶统计性质 7c@5tCcC-
YNp-A.o
W@
3.9.1单模激光的一阶统计性质 ?TmVLny
I0^oaccM
3.9.2多模激光的一阶统计性质 $ !\L6;:
bI V9cpW
思考练习题3 X @)'E9g5:
$8 [JL \
第4章激光的基本技术 r,L`@A=v
5,Co(K
4.1激光器输出的选模 rQp Q qBu
s]D1s%Mx
4.1.1激光单纵模的选取 YelF)Na
6 eNBld P!
4.1.2激光单横模的选取 @TzUc E
dLR[<@E
4.2激光器的稳频 n#
FkgXP$
CT<z1)#@^
4.2.1影响频率稳定的因素 /7-FVqDx8
iqsR]mab
4.2.2稳频方法概述 m/,8\+
GW.Y= S
4.2.3兰姆凹陷法稳频 ?]TtUoY=)F
p DU+(A4>
4.2.4饱和吸收法稳频 lr
-+|>M)
I}]UQ4XJ
4.3激光束的变换 zYftgH_o
i+I 1h=
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 :e}j$v F
f\Q_]%^W
4.3.2高斯光束的聚焦 v~YGef;D
y'^b{q@
4.3.3高斯光束的准直 Qv8 =CnuOT
"| PX5
4.3.4激光的扩束 +NOq>kH@
H8Z |gq1r
4.4激光调制技术 7--E$ !9O,
gf/<sH2}
4.4.1激光调制的基本概念 @?t+O'&
tS,AS,vy]
4.4.2电光强度调制 =%b1EY k
N4WX}
4.4.3电光相位调制 *I k/Vu%;
]2iEi` "[
4.5激光偏转技术 5 <7sVd.
A3.pz6iT>
4.5.1机械偏转 bh fC2@
h +9~^<oFl
4.5.2电光偏转 /In=u6D O
&uf|Le4
4.5.3声光偏转 h6 ;zAM}
sAF= "u B
4.6激光调Q技术 D\Dw BZ>
|HwEwL+
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q Rq|] KAN
gMU%.%p2
4.6.2调Q原理 yFTN/MFt
iaRCV 6cl
4.6.3电光调Q *mW 2vJ/B
Mh@n>+IR
4.6.4声光调Q pK0@H "$8
zb vV:9N
4.6.5染料调Q C87 9eeJ
+Y>oNX1KN
4.7激光锁模技术 ?5j~"
:_o^oi7G
4.7.1锁模原理 bb-u'"5^]
s$^2Qp
4.7.2主动锁模 Lw<.QMN%f
CKC5S^Mx
4.7.3被动锁模 OLqynY
gE8>o:6)6:
思考练习题4 f#gV>.P;h\
8T"kQB.Zv
第5章典型激光器介绍 iMQ0Sq-%1
ciF qj3JS
5.1固体激光器 7'|aEH
}?sC1]-j&
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 Uyd' uC
9xFI%UOb#
5.1.2固体激光器的泵浦系统 a `LkP%
QI78/gT,d
5.1.3固体激光器的输出特性 p+b$jKWQ
7&w |
5.1.4新型固体激光器 #WAX&< m
g~76c.u-
5.2气体激光器 z8xBq%97us
! w;/ J^
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 $ k_6
6-+ wfrN2
5.2.2二氧化碳激光器 >oC{YYcK
xT!<x({
5.2.3Ar＋离子激光器 kr-5O 0tmf
,
Y lS
5.3染料激光器 %N0m $*
{$ v^2K'C
5.3.1染料激光器的激发机理 YWL7.Y>%5
f lOXV
5.3.2染料激光器的泵浦 )c532
y
@3bVjQ`4f
5.3.3染料激光器的调谐 vb}c)w
dp?
Fqh./@o
5.4半导体激光器 e&!8UYP
)UyJ.!Fl y
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 d qO]2d
(*AJ6BQWa
5.4.2PN结和粒子数反转 l r@w 1*
`g 0^ W/ j
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 "F4 3q8 P
A8Km8"
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 g1(5QWb
Hx!eCTO:*
5.5其他激光器 5hTScnL%
kfZ(:3W$
5.5.1准分子激光器 8~ &=vc
ew]G@66
5.5.2自由电子激光器 m!=5Q S3Z
1qBE|P wBp
5.5.3化学激光器 q+cD
DfVJ~,x~
思考练习题5 WZh_z^rwn
eC L_c>3!
第6章激光在精密测量中的应用 C
&y
2I
nq~fH(QY
6.1激光干涉测长 cvhwd\
-)R
=p"-w
6.1.1干涉测长的基本原理 15yiDI
o
.tQ(q=#
6.1.2激光干涉测长系统的组成 'yV*eG?^&
/XU=l0 u
6.1.3激光外差干涉测长技术 @AK& R~<
ai; Q,Vy
6.1.4激光干涉测长应用举例 2A9crL $
afzx?ekdF
6.2激光衍射测量 T8x8TN"
\&ki79Ly-
6.2.1激光衍射测量原理 ,+I]\ZeO
gQJLqs"F
6.2.2激光衍射测量的方法 CF@*ki3 X
o wb+,Gk(
6.2.3激光衍射测量的应用 S4-jF D)U
H4j1yD(d
6.3激光测距 *'\ HG
Mc!LC
.8
6.3.1激光脉冲测距 5UG9&:zu'V
q8 FpJ\
6.3.2激光相位测距 'GiN^Y9dcc
R0LWuE%eD
6.4激光准直及多自由度测量 _*b`; {3
]cVDXLj$
6.4.1激光准直仪 k GYsjhL\d
`"<hO
'W U
6.4.2激光衍射准直仪 }^ j8<
e4tC[6 ;
6.4.3激光多自由度测量
]qu6/Z
>yHtGIHe-
6.5激光多普勒测速 lyyf&?2
NL;sn "
6.5.1运动微粒散射光的频率 P# `M8k
OE Xa}K#
6.5.2差频法测速 h.KgHMV`
;Krb/qr4_
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 +
#E?)
K<`W>2"
6.6环形激光测量角度和角加速度 )+=Kh$VbS
7Z<GlNv
6.6.1环形激光精密测角 7YK6e
kM&- t&7
6.6.2光纤陀螺 9yWf *s<
N:'!0|6?x-
6.7激光环境计量 FQ`1c[M@
B3u/
y
6.8激光散射板干涉仪 dNF_ T?E\
q-uzu !
思考练习题6 nZ ( wfNk
z8]@Gh+
(
第7章激光加工技术 ,S(s
gA }<Y
7.1激光热加工原理 -.ZP<,?@F
s S#/JLDx]
7.2激光表面改性技术 ZkQ6~cM
MI ^$df
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 kv, !"<
yXv@yn
7.2.2激光表面熔凝技术 w/rJj*
$Bl51Vj N
7.2.3激光熔覆技术 S<*IoZ?T
yjH'<
7.3激光去除材料技术 r]D U
y'I
m/{9U
7.3.1激光打孔 ?!/8~'xA6
5>daWmD
7.3.2激光切割 c00rq ~<K
D %)L "5C
7.4激光焊接 m)"(S
B8n[ E
7.4.1激光热导焊 Dq$1
j%4Y
?A_+G 5
7.4.2激光深熔焊 vNuws_
!>80p~L
7.4.3激光复合焊 e*PUs
W*CRxGyZCl
7.5激光快速成型技术 zwJ&K;"y(
&FT` z"^
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 ^_DwuY
vM5/Kr W
7.5.2激光快速成型技术 S.1>bs2
Ak('4j!*}^
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 {=mGXd`x?l
^B} m~qT
7.6其他激光加工技术 %O" Whe
ag47 $9(
7.6.1激光清洗技术 t8h*SHD9
HiU) q
7.6.2激光弯曲 xS5 -m6/
nqUnDnP2c
思考练习题7 $qdynKK
xT*c##
第8章激光在医学中的应用 m*N8!1Ot
eA-oqolY
8.1激光与生物体的相互作用 J` GL_@$q
eL(<p ]
8.1.1生物体的光学特性 H)gc"aRe;Y
ZAN~TG<n
8.1.2激光对生物体的作用 F`x_W;\
n5.sx|bI?
8.1.3激光对生物体应用的优点 {cIk-nG -_
h4| }BGO
8.2激光在临床治疗中的应用 ./Ek+p*96H
R#;xBBt8
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 FjtS
bEQ- ? X%7
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 S\:+5}
Qg(;>ops
8.2.3激光在眼科中的应用 6? KUS}nRS
M."/"hV`-
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 d4\JM 65
)?(Ux1:w)
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 )lS 04|s
e"eIQI|N
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 2z;3NUL$n
37a1 O>A
8.2.7光动力学治疗 q mFbq<&
2-8Dc4H]r
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 GF% /q :9
!ae?EJm"
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 ~Hub\kn
`VO;\s$5j
8.3.2激光断层摄影 Q*ELMib
pInEB6L.P
8.3.3激光显微镜 Z Se30Rl\
{%9@{Q'T.s
8.4医用激光设备 :" !Z9l\@
z|%Pi J ,
8.4.1医用激光光源 m+ s*Io{Ip
ki@C}T5
8.4.2医用激光传播用光纤 Um4zI>
* BR#^Wt
8.5激光应用于医学的未来 5=
&2 =
^ `";GnH0
8.5.1医用激光新技术 Y]0c%Fd
[(#)9/3,
8.5.2光动力学治疗的前景 l~]] RgU
v :/!OvLe
思考练习题8 hZ
e{Ri
|a#ikY _nd
第9章激光在信息技术中的应用 &k}B 66
_%D7D~2r|
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 fv8x7l7
V^[& 4
9.1.1半导体激光器 o(Z~J}l({
mKO~`Wq%@
9.1.2光纤激光器 L f"!:]
1aRTvaGo
9.1.3光放大器 -;_"Y]#
!fn%Q'S
9.2激光全息三维显示 +39uKOrZ
,IboPh&Q78
9.2.1全息术的历史回顾 IMqe(
Bx |W#:3e
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ?|W3R K ;
W )Y`8&,
9.2.3白光再现的全息三维显示 ANw1P{9*
#9DJ k,SP
9.2.4计算全息图 q%kCTw
@hg[v`~
9.2.5数字全息术 L
QV@]z&
MjC<N[WO>N
9.2.6全息三维显示的优点 q5e(~@(z<`
|f$+|9Q?
9.2.7全息三维显示的应用 6z U
V>)/z|[
9.2.8全息三维显示技术的展望 Oz-/0;1n
UG`~RO
9.3激光存储技术 3R%JmLM+R9
`0]N#G
T
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 m s}o[Z@n
ma*#* 4
9.3.2激光光盘存储 h ]&
5O]t kHYR
9.3.3激光体全息光存储 t.;._'
7 !jb
9.3.4激光存储技术的新进展 T>nH=
O8\f]!O(
9.4激光扫描和激光打印机 Pa d)|
"QXnE^
9.4.1激光扫描 r4iNX+h?V
J Y8Rk=
9.4.2激光打印机 ]h`* w
]FVJQS2h
9.5量子光通信中的激光源 klQmo30i
=bD .5 ,F)
9.5.1量子光通信 tb~E. Lm\
$)ka1L" N
9.5.2量子态发生器及应用 \v-I<"::
d5A e67
思考练习题9 Xv!Gg6v6
BXdk0
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 GBBr[}y-
i,;eW&
10.1激光核聚变 ?C fQwY#N
y'^U4 # (
10.1.1受控核聚变 rMIX{K)'f
l @GJcCufE
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 &\6},JN
-(
p%+`
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 3^
UoK
tTTHQ7o*BD
10.2激光冷却 4bL *7bA
[sH3REE1h
10.3激光操纵微粒 #|je m
8=Oym~
10.3.1光捕获 kI(3Pf ] .
CQ6 I4k
10.3.2微粒操纵 ELnUpmv\
/Lr`Aka5
10.4超越经典衍射极限的分辨率 <v - YMk@
ZlC+DXg#S
10.4.1解析延拓 EQ^]W-gN
L%$ -?O|
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 iu pkb
V0>[bzI
10.4.3傅里叶叠层算法 zT)cg$8%fY
z 0+ JMZ/
10.4.4相干谱复用 |LC"1 k
IYq#|^)5+
10.4.5非相干结构光照明成像 Fl($0}ER
ldp9+7n~
10.4.6超分辨荧光显微镜 a" YVr'|
S[$9_J f
10.5激光光谱学 cA 4?[ F
0!YVRit\N
10.5.1拉曼光谱 &S+*1 <|`K
bs\k b-\R
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 *V:U\G
RjviHd#DXn
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 {G vGV
iT{4-j7|P4
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 V#$QKn`;
25`W"x_
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 dpS @:
W G A&Lr
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 {9Qc\Ij
Eu &$R q}
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 V*s\ ~h )
`_)9e GQ
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 Ih5Y7<8b~
U3B&3K} ~
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 < Ez@cZ"
a"xRc
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 *jc
>?)k
^, =}'H ]
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 .{I LeG
~.^:?yCA
思考练习题10 cu?6\@cD
bQI :N
附录A随机变量 ; sYDs71y
B=>Xr!pM!
A.1概率的定义和随机变量 |7,$.MK-@
}O crA/
A.2分布函数和密度函数 `UzH *w@e
<!G /&T
A.3推广到两个或多个联合随机变量 l[5** ?#
" w V
A.4统计平均 P]}:E+E<.I
9:RV5Dt
附录B随机过程 kb~
s, @p
YY tVp_)
B.1随机过程的定义和描述 bt1 bTo
@+M1M 2@Xz
B.2平稳性和遍历性 +|S)Mm8-
7lF;(l^Z>}
参考文献 Kk =>"?&
I&15[:b=-
 / o$6"~t
Yy/,I]F
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