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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。 '<)n8{3Q5w
8kIksy
[attachment=99403] l|[N42+
Of#u
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 {dlXLx!B
!9e=_mY
1.1光的波粒二象性 |>^JRx
h,N?Ab'S
1.1.1光波 V1 zmG y
{} przrU^c
1.1.2光子 `$ 9x 1dx
khxnlry
1.2原子的能级和辐射跃迁 &6!)jIWJ
*N<]Xy @
1.2.1原子能级和简并度 g:@#@1rB6
(5YM?QAd
1.2.2原子状态的标记 s l l\g
>]TWXmx/w
1.2.3玻尔兹曼分布 Sz`,X0a
4p F*"B
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 2F.;;Ab
<'oQ \eB
1.3光的受激辐射 H*R"ntI?w
V}CG:9;
1.3.1黑体热辐射 c V6D <,)
C}Cs8eUn
1.3.2光和物质的作用 mq.`X:e
T!#GW/?
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 !Ai@$tl[S
2%m B K
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 LEdh!</'24
b8UO,fY q
1.4光谱线增宽 <%eG:n,#
4+8@`f>s
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 1GcE) e!>
g! |kp?
1.4.2自然增宽 Q)h(nbbVak
%tGO?JMkd
1.4.3碰撞增宽 $U WZD D
oG\Vxg*
1.4.4多普勒增宽 r,p%U!S<hV
S,UDezxg
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 "!^"[mX4
I\ob7X'Xu!
1.4.6综合增宽 A;M'LM- M
_Fl9>C"u
1.5激光形成的条件 ^0 9," <@k
Y$ _B1_
1.5.1介质中光的受激辐射放大 m-, x<bM?
DvvK^+-~
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 8l`*]1.W<
q 2E_ A
思考练习题1 qX{+oy5
} q8ASYNc
第2章激光器的工作原理 g($2Dk_F2
"chDg(jMZ
2.1光学谐振腔结构与稳定性 ~9@UjQ^)F
)SGq[B6@I
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 t{{QE:/
\4fQMG
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 5.GR1kl6
3!]rmZ-W
2.1.3稳定图的应用 %.|@]!C
' `Hr}
2.2速率方程组与粒子数反转 VOLj>w
NzvXN1_%
2.2.1三能级系统和四能级系统
&6VnySE?
]/L0,^RI
2.2.2速率方程组 6'f; -2
j3Y['xDv
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 K}Qa~_
K-Ef%a2#`
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 tCt#%7J;a
nxFBI D
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 5{,<j\#L
M o|2}nf
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 !4+<<(B=E
RViAwTvY
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 v]Uw Jz3<
CqC`8fD1
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 ]`WJOx4
QMm%@z H
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 ;O,jUiQ
%W S+(0*1
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 @H8EWTZ
dWBA1p
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 GM< 9p_
B
jPkn[W#
6
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 <#4h}_xA%
>H ,*H;6
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 GQ
;;bcj&
YS_; OFsd
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 e*1_ 8I#2
Vxt+]5X
2.5激光器的损耗与阈值条件 U6s[`H3I{
"0TZTa1e
2.5.1激光器的损耗 BMf@ M
K*d Cc}:`
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 BY*8ri^u
klhtKp_p
2.5.3阈值条件 \_f v7Fdp{
`Q,H|hp;k;
2.5.4对介质能级选取的讨论 d #wVLmKZ
],].zlN
思考练习题2 _o~ nr]zx
Dvln/SBk
第3章激光器的输出特性 &)<)^.@3G^
L}NSR
3.1光学谐振腔的衍射理论 E tm?'
zbPqYhJzA
3.1.1数学预备知识 1h5 Akq
ybUaTD@?}b
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 u]@['7
&cTU
sK
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 kG*~ |ma
+"@ .8 m
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 R G`1en
FN73+-:n:j
3.2对称共焦腔内外的光场分布 @KAI4LP
9&NgtZpt
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 U/BR*Zn]*
4KrL{ Z+}
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 &+R?_Ooibk
Aiea\j Bv
3.3高斯光束的传播特性 L/^I*p ,
<of^AKbt
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 Y6d@h? ht
I<tm"?q0
3.3.2高斯光束的相位分布 bN@
l?w
lw5`p,`
3.3.3高斯光束的远场发散角 1-QS~)+
n Fs( ?Rv*
3.3.4高斯光束的高亮度 g=o4Q<
#^y
p D+k*
3.4稳定球面腔的光束传播特性 >F&47Yn
o _H`o&xr
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 S21,VpW\
m j@13$=
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 *uvQ\.
!{41!O,K#
3.5其他几种常用的激光光束 t&DEb_"De
WMg~Y"W
3.5.1厄米-高斯光束 KY] C6kh
iG?[<1~
3.5.2拉盖尔-高斯光束 b>9>uC@J15
O|UC ?]6
3.5.3贝塞尔光束 tklH@'q
HUO j0T
3.6激光器的输出功率 4v|W-h"K
M&
CqSd
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 Z j4Uak
BL58] P84
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 5E_ YEBO/
5rUdv}.
3.7激光器的线宽极限 uRe'% ?W
YT8F#t8
3.8激光光束质量的品质因子M2 aFIw=c(nP
P
L+sR3bR
3.9模式激光的某些一阶统计性质 B,fo(kG
s(roJbJ_;
3.9.1单模激光的一阶统计性质 W|(1Y
D
.XhrCi Z
3.9.2多模激光的一阶统计性质 '$QB$2~V
Oz#{S:24M+
思考练习题3 o,3a4nH;
!$>R j
第4章激光的基本技术 ;IM} |2zuN
k.15CA`
4.1激光器输出的选模 F1Bq$*'N$w
VgS_ s k
4.1.1激光单纵模的选取 5QO9Q]I#_\
b\+`e b8_
4.1.2激光单横模的选取 ##4HYQ%E
! FF U=f
4.2激光器的稳频 7i1q wRv
uhutg,[
4.2.1影响频率稳定的因素 $]2vvr
O!b Op=
4.2.2稳频方法概述 W 'u >#
F^fdIZx
4.2.3兰姆凹陷法稳频 63x?MY6
wo 5
4.2.4饱和吸收法稳频 &XUiKnNW
njA#@fU
4.3激光束的变换 Ef13Q]9|
K )k<Rh[<
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 TrR8?-
(0kK_k'T
4.3.2高斯光束的聚焦 2jCf T>`3
t#eTV@-
4.3.3高斯光束的准直 iM 3V=&)
B@
KQ]4-
4.3.4激光的扩束 tcog'nA z
#@ nezu2
4.4激光调制技术 K@w{"7}
\:F_x q
4.4.1激光调制的基本概念 4#hSJ(~7S
@> H75
4.4.2电光强度调制 F`] 2O:[
lBGQEP3;
4.4.3电光相位调制 t}/( b/VD
?#UO./ "
4.5激光偏转技术 EI^C{ $Y
KL Xq \{X
4.5.1机械偏转 S#}
KIy
fw{gx
4.5.2电光偏转 k~
/Nv=D
}U5yQ%N
4.5.3声光偏转 W#3 Q ^Z?
<0q;NrvUb
4.6激光调Q技术 "@, }p\
L5:$U>H(
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q ZbAcO/
$z*'fXg
4.6.2调Q原理 l0A&9g*l2
\d$!a5LF}
4.6.3电光调Q _b ;{_g
/ FEVmH?
4.6.4声光调Q a PbE;"
f
3 WIk
4.6.5染料调Q O]1(FWYy
]f9Cx\d:k
4.7激光锁模技术 p,i[W.dy.'
$(>+VH`l
4.7.1锁模原理 8StgsM
@@ %.t|=
4.7.2主动锁模 {o`] I>gb
#" iu| D
4.7.3被动锁模 "vE4E|
]yPqLJ
思考练习题4 Z Sd4z: /
2WxQ(:d=
第5章典型激光器介绍 x0w4)Ic5
l$bu%SZ
5.1固体激光器 54li^
W#WV fr
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 {8,J@9NU
L AAHE v
5.1.2固体激光器的泵浦系统 o"R7,N0rB
~|xA4u5LG
5.1.3固体激光器的输出特性 ut/=R !(K
pOG1jI5<{8
5.1.4新型固体激光器 ]G < Vg5
^\&e:Nkh
5.2气体激光器 W Ka~[j|-K
ly3\e_z:G
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 Jcm&RI"{
2{G:=U
5.2.2二氧化碳激光器 F,)%?<!I
O2dW6bt
5.2.3Ar＋离子激光器 t "'7m^j
|02gup qqi
5.3染料激光器 GKc`xIQ
l u%}h7ng
5.3.1染料激光器的激发机理 H6 HVu |
]R9HyCl&a6
5.3.2染料激光器的泵浦 $F+ L Ds
HLaRGN3,
5.3.3染料激光器的调谐 xCl1g4N
!6>~?gNd
5.4半导体激光器 o@i#| kx,
bsA-2* Q+
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 Z+. '>
{vyv7L
5.4.2PN结和粒子数反转 3r."j2$Hs0
TXvI4"&
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 9=h'9Wo
v+#}rUTF
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 [o+q>|q
@wo(tf=@P
5.5其他激光器 WQL\y3f5
q0R -7O(
5.5.1准分子激光器 J!pygn O
NmJWU:W_@
5.5.2自由电子激光器
.Blf5b
po Vx8oO8
5.5.3化学激光器 P0 j8- I
kN4{13Qs*
思考练习题5 6'G6<8 >-
8sTp`}54 J
第6章激光在精密测量中的应用 ``\i58K{e
EL 8<U
6.1激光干涉测长 "x*e gI
MUREiL9L|
6.1.1干涉测长的基本原理 4V i`* !
0C
irfcs}Z
6.1.2激光干涉测长系统的组成 "ZsOd>[/
J1sv[$ 9
6.1.3激光外差干涉测长技术 :AF =<X*5
VZymM< O
6.1.4激光干涉测长应用举例 wFs yD3
SVs_dG$
6.2激光衍射测量 O %!!w
X"e5 Y!:M-
6.2.1激光衍射测量原理 2Mvrey)
_R13f@NWB:
6.2.2激光衍射测量的方法 6ZG+ZHUC&
_Wp{ [TH
6.2.3激光衍射测量的应用 vV6I 0
vAh6+K.e
6.3激光测距 p&bROuw<T
-vR5BMy=
6.3.1激光脉冲测距 C|). ;V&
rrqR}}l
6.3.2激光相位测距 PHXZ= A+
!K}~/9Z=m
6.4激光准直及多自由度测量 n%C>E.Tq
w2Jf^pR
6.4.1激光准直仪 f'-i o<.
F6OpN "UM'
6.4.2激光衍射准直仪 =`:K{loxq
Ax?y
6.4.3激光多自由度测量 )ufg9"\
Mg OR2,cR
6.5激光多普勒测速 mdmvT ~`
+HeTtFo{M
6.5.1运动微粒散射光的频率 ceM6{N<_U
UAFwi%@!-q
6.5.2差频法测速 5JCG2jqx0
CBOi`bEf
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 + SFVv_n
WDc+6/<
6.6环形激光测量角度和角加速度 FsV'Cu@ !U
;WM"cJo9
6.6.1环形激光精密测角 !?p%xj?
!\i\}feb
6.6.2光纤陀螺 2`>T oWN!
$8xl#SqH
6.7激光环境计量 dC $Em@Nb
p|jV{P
6.8激光散射板干涉仪 /<}m? k\
Q6AC(n@:FV
思考练习题6 ^m"u3b4
8lb%eb]U
第7章激光加工技术 `m>*d!h=
pUq1| )g
7.1激光热加工原理 ,M6 Sy ]Aj
C>$E%=h+_
7.2激光表面改性技术 ll6wpV0m
TUDr\' @/f
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 ~j5x+yC
gb > }v7
7.2.2激光表面熔凝技术 a1.Ptf eW|
)V ;mwT!Q
7.2.3激光熔覆技术 `V"sOTb
U {z9>
7.3激光去除材料技术 'u_t< F ]b
VUYmz)m5
7.3.1激光打孔 RIE5KCrGB
J6%AH?Mt
7.3.2激光切割 /D^"X
4!"
pN9A{v(
7.4激光焊接 8J~1-;
H5]^
6
HwX
7.4.1激光热导焊 }_;!hdY q
1Q4}'0U4
7.4.2激光深熔焊 D]W$?( =4
DrBUe'RH:M
7.4.3激光复合焊 |-
rI@2`
(85Fv& a
7.5激光快速成型技术 J?}WQLVP'
%4
XJn @J
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 \&3"<6xA
d&u ]WVU
7.5.2激光快速成型技术 P*@2.#oO
S h,&{z!
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 E}_[QEY;Y
.E&z $N
7.6其他激光加工技术 'GoZqiYT
X*Dj[TD]
7.6.1激光清洗技术 s^|.Zr;,>
3=$q
7.6.2激光弯曲 dT$M y`>
mBJe qG
思考练习题7 6"t;gSt 4
qc!MG_{Y
第8章激光在医学中的应用 /`;n@0k>2
D?,#aB"
8.1激光与生物体的相互作用 ;)I' WQ]Q
)d-.M
8.1.1生物体的光学特性 Cb@3M"1:
> 'xGp7}y
8.1.2激光对生物体的作用 ND,Kldji
5"]~oPK
8.1.3激光对生物体应用的优点 8kOKwEX
EVUq --)~
8.2激光在临床治疗中的应用 ?@t d
0lsXCr_X
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 TO*BH^5R
W$o2 7f
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 7 Irau_
sv(f;ib
8.2.3激光在眼科中的应用 *;U'[H3Q
+ "}=d3E6
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 G633Lm`ri
6PF8
/@ Nh
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 -;XKcS7Ue
9W>Y#V~|v!
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 f0SAP0M3
m8JR@!t7
8.2.7光动力学治疗 u=NS sTP&
Q2];RS3.
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 *tX{MSYW
8; R|
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Lr u-u:
EQIo5
8.3.2激光断层摄影 .E~(h*NW
#4h+ j%y[H
8.3.3激光显微镜 \cJ-Dd
EIbXmkH l<
8.4医用激光设备 G rz 3{U
>x@P|\
8.4.1医用激光光源 o{kbc5_
asgF1?r
8.4.2医用激光传播用光纤 LFp]7Dq
uw7{>9
8.5激光应用于医学的未来 25|8n feC5
9>#: /g/
8.5.1医用激光新技术 =}fd6ea(o
HFQR
;9]
8.5.2光动力学治疗的前景 z ggB$ 5
TfZ6F8|B
思考练习题8 }^K/?dM
Hj1
EGC A
第9章激光在信息技术中的应用 xg{HQQ|TC
YIp-Y}6
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 B)h>8 {
Pe~ `16f
9.1.1半导体激光器 iG ,t_??
oXt ,e
9.1.2光纤激光器 @TA9V@?)
7C?.L70ZY
9.1.3光放大器 ? 68uS;
`wTl yS3[
9.2激光全息三维显示 tue/4Q#7
Ei @M$Fd
9.2.1全息术的历史回顾 | \uYv|sT
-,":5V26
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 g#K'6VK{
>1irSUj"~
9.2.3白光再现的全息三维显示 }GnwY97
q cA`)j
9.2.4计算全息图 ]&i+!$N_
D;F{1[s(
9.2.5数字全息术 :PnSQjV:
)yb+M ez
9.2.6全息三维显示的优点 "] -],K
PI?j_8
9.2.7全息三维显示的应用 VAYb=4l t
9;r? nZT/
9.2.8全息三维显示技术的展望 EZ(^~k=I
?& h3P8
9.3激光存储技术 ?Zyok]s
dyFKxn` ,
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 K2/E#}/
{rkn q_;0
9.3.2激光光盘存储 %W|DJ\l8"
2 6:evid
9.3.3激光体全息光存储 R/<=mZ
" gNK><
9.3.4激光存储技术的新进展 N^elVu4 K
. )8
9.4激光扫描和激光打印机 0v"&G<J
`:-J+<`
9.4.1激光扫描 >e8JK*Blz
s5Fr)q// !
9.4.2激光打印机 voR fjsS~
T }u E0Z,
9.5量子光通信中的激光源 e.6Dl_
! VRI_c
9.5.1量子光通信 %7 `d/dgR
5Fu K \y
9.5.2量子态发生器及应用 +
>sci
5 u rE
思考练习题9 U= o Z.\
x|apQ 6
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 Z[,`"}}hv=
.Y/-8H-3v
10.1激光核聚变 GMFc K=
iA z UaF
10.1.1受控核聚变 .{N\< 01
?2~U2Ir]:
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 6dT|;koWbm
{u]CHN `%Z
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 l:tpL(%
W:ixzpQ
10.2激光冷却 1e$[p[
KHJ=$5r)
10.3激光操纵微粒 ^~I @
spR4
c57b f
10.3.1光捕获 A. N z_!
+IsWI;lp
10.3.2微粒操纵 (/q}mB
O`[]xs
10.4超越经典衍射极限的分辨率
g@(30{
iy
3DX|]
10.4.1解析延拓 A[Cg/
+Z
U3q5^ {0d/
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 ~ M[>m~8
QBj Y&(vY
10.4.3傅里叶叠层算法 9XN~Ln@}
|2UauTp5yK
10.4.4相干谱复用 |\p5m h
pFH?/D/q
10.4.5非相干结构光照明成像 V9$-twhu
)9pBu
B
10.4.6超分辨荧光显微镜 5fxbA2\
?xHtn2(q
10.5激光光谱学 LsotgQ8
& ^!v*=z
10.5.1拉曼光谱 KH)pJG|NY
hd=j56P5P
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 <d<RK@2-
$pBr
&,
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 I_L;T
>?Qxpqf2
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 h=wf>^l
ht$ WF
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 _9qEZV
L3' \r
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 v*gLNB,ZH
a j_:|]j
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 8I {56$
;op'V6iG
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 o9^$hDs,si
GfQ^@Tl
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 bAdAp W
:=B[ y D!
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 zXDd,ltm
nvwDx*[qN
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 {9,R@>R
|3W3+Rn!
思考练习题10 k4* ! Q_A
T7X !#j" \
附录A随机变量 jS}' cm-
^$?7H>=_ha
A.1概率的定义和随机变量 Hm<M@ M$aG
7j{Te)"
A.2分布函数和密度函数 r QuOt
Ny[s+ 2?
A.3推广到两个或多个联合随机变量 mKMGdN~
cEtZ}2,j
A.4统计平均 V4qZc0<,H
O\:;q*]
附录B随机过程 F F(^:N
U
&f#V=Rg
B.1随机过程的定义和描述 . 2{ 6h
L_`Xb k y
B.2平稳性和遍历性 la1D2 lM
T\.7f~3
参考文献 tzP@3+.w
{[rO2<MkA#
 @ICejB <
fjF!>Dy
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