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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。 LXxl ?D
ngqUH
[attachment=99403] , 4Y sZ
Wf1-" Q
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 0*{p Oe/u
>@Khm"/T
1.1光的波粒二象性 bX{ PSjD
a}D&$yz2
1.1.1光波 y Hw!#gWM
}rxFS
<j
1.1.2光子 S A3Y:(
~y%7w5%Un
1.2原子的能级和辐射跃迁 2$Y3[$
Vx(;|/:
1.2.1原子能级和简并度 :+A; TV
L4mTs-M.
1.2.2原子状态的标记 EEg O
QQ|9>QP
1.2.3玻尔兹曼分布 I)uASfT$
KqY>4tb
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 XAlD
ww
k`Y,KuBpM
1.3光的受激辐射 RA~_]Hk
c=<v.J@K
1.3.1黑体热辐射 | &\^n2`>
,,2_/u\"/i
1.3.2光和物质的作用 %,E7vYjT%
?/L1 tX)
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 dK7 ^
.?7So3
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 *Ag, kW"
n]Ebwznt-
1.4光谱线增宽 Z~B+*HF
<m9JXO:5
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 4t(QvIydA
";58B} ki
1.4.2自然增宽 B)(w%\M4^
akY6D]M
1.4.3碰撞增宽 j[ BgP\&,
D`5:
JR-{
1.4.4多普勒增宽 +0)5H>h
UvoG< ;
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 _2x uzmz0
7{8)ykBU^
1.4.6综合增宽 4O9tx_<JG
RH1U_gp4 ]
1.5激光形成的条件 @V*au:
sV;qpD XX
1.5.1介质中光的受激辐射放大 !vi4*
@:
&s_}u%iC
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 ~n)]dFy
!WDn7j'A
思考练习题1 Vd YOm
+._f.BRmX.
第2章激光器的工作原理 J78Qj[v
S:DcfR=a
2.1光学谐振腔结构与稳定性 aj+zmk~-
UeC 81*XZ
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 6 YB-}>?
C5d/)a C
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 Cf.WO %?P
E%KC'T N^D
2.1.3稳定图的应用 :^C#-O
iOE9FW|e
2.2速率方程组与粒子数反转 lb=2*dFJ1
4j2~"K
2.2.1三能级系统和四能级系统 !;6W!%t.|
D]3bwoFo&u
2.2.2速率方程组 HE4`9$kVLr
*(> F'>F1"
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 s2kGU^]y
noWRYS %
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 99=[>Ck)G
K7Y T0cG
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 @D( KuF
C8O7i[uc
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 fLf#2EA
EV by 9!
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 :cIu?7A
i&?
78+:
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 _&6juBb
O p!
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 =+kvL2nx-
hPNQ GVv
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 T(t
<Ay?c
exGhk t~
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 F=' jmiVJ
c9>8 IW
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 _Y:Ja0,
Rq~
>h99M
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 4C2>0O<^s
[U_Q 2<H
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 J?UZN^
+"*l2E]5
2.5激光器的损耗与阈值条件 x(T!I&i={
!ds"88:5^
2.5.1激光器的损耗 t(LlWd
mU e@ Dud
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 Hj-<{# ,
~50y-
2.5.3阈值条件 c+YYM
:S
&9GR2GY
2.5.4对介质能级选取的讨论 j.G.Mx"
iLI.e rm
思考练习题2 pfT`W T
H_xQ>~b
第3章激光器的输出特性 .j ]OO/,
x1BDvTqW
3.1光学谐振腔的衍射理论 ; Fwm1ezx0
e{#a{`?Uez
3.1.1数学预备知识 O_%PBgcJr
xhp-4
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 ft. }$8vIT
;^*+:e
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 Ra1 5d^
LgD{!
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 !D| pbzQc8
e-duZ o
3.2对称共焦腔内外的光场分布 _g/T H-;^
(Mire%$h
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 %o _0M^3W
Ke;X3j ]`
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 Wvzzjcr(j
~*Sbn~U
3.3高斯光束的传播特性 !xx>
lX5
6{,K7 FL
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ^QL/m\zq@%
Yqz[sz5+m
3.3.2高斯光束的相位分布 ofJ]`]~VG
@{$Cv"6769
3.3.3高斯光束的远场发散角 |
9\7xT
r &l*.C*
3.3.4高斯光束的高亮度 8BoT%kVeJv
eL$U M
3.4稳定球面腔的光束传播特性 I}]@e ^ ~
3I{ta/(
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 $y]||tX
[C~)&2wh>
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 &s}@7htE
g cK"
3.5其他几种常用的激光光束 ?U9d3] W
i[BR(D&l_p
3.5.1厄米-高斯光束 j*Wh;I+h
"!_
4%z-
3.5.2拉盖尔-高斯光束 ^TCJh^4na
Gk] qE]hi
3.5.3贝塞尔光束 4 + ?ZTc(
A%czhF
3.6激光器的输出功率 .0*CT:1=0
Hpo?|;3D5
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 H*
L2gw
<[B[
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 'Tan 6 Qa
8KELN(o$ 7
3.7激光器的线宽极限 >^\>-U|
j?KB8oY`TP
3.8激光光束质量的品质因子M2 i11GW
~1]2A[`s!
3.9模式激光的某些一阶统计性质 i7!mMO8]
(l!D=qy
3.9.1单模激光的一阶统计性质 g!) LhE
qLi1yH
3.9.2多模激光的一阶统计性质 j{ w,<Wt>
SUi1*S
思考练习题3 OFL +Q~~C
D>#v 6XI
第4章激光的基本技术 /$.vHt 5nt
"M#`y!__
4.1激光器输出的选模 HF =C8ZtlL
{hq ;7
4.1.1激光单纵模的选取 7'/2 :"
l:Xf(TLa
4.1.2激光单横模的选取 GT IfrqT
3% 4Mq6Q`
4.2激光器的稳频 ,4T $
BNoCE!
4.2.1影响频率稳定的因素 kk BV;v%a
0B:{4Lsn&
4.2.2稳频方法概述 }(%}"%$
HNUR6H&Fta
4.2.3兰姆凹陷法稳频 B+[Q $Q"
=v`&iL~m
4.2.4饱和吸收法稳频 h|uP=0
M |k Dys
4.3激光束的变换 vc{]c
}
Dt'e<d Is
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 xr3PO?:
0BP~ 0z
4.3.2高斯光束的聚焦 E=~WQ13Q
jG ;(89QR/
4.3.3高斯光束的准直 O|TwG:!
lGBdQc]IL
4.3.4激光的扩束
( mD:[|.
n ~i4yn=
4.4激光调制技术 `*9FKs
im[gbac
4.4.1激光调制的基本概念 2Xs < 1rF
ef ;="N
4.4.2电光强度调制 ]Tw6Fg1o>
oc%le2
4.4.3电光相位调制 ~{ $'s p0
e[& 3K<
4.5激光偏转技术 moI<b\G@
Q>g$)-8
4.5.1机械偏转 "8 TMAF|i4
J` --O(8Ml
4.5.2电光偏转 Ijro;rsEKM
0]0M>vx
u
4.5.3声光偏转 N ^`Efpvg
/j \TmcnU^
4.6激光调Q技术 %D0Ws9:|
O Wfj<#}t+
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q Z'm%3
TBfl9 Q
4.6.2调Q原理 :2gO )
'cD
Yaepy3F
4.6.3电光调Q ?S:_J!vX{
iL'
]du<wk
4.6.4声光调Q _u5U> w
> o`RPWs
4.6.5染料调Q r_RT tS#
%4K#<b"W
4.7激光锁模技术 SntYi0,`
S|w] Q
4.7.1锁模原理 (W/UR9x)|d
Z}S tA0F_
4.7.2主动锁模 gq &85([
~,7R*71
4.7.3被动锁模 >G7U7R}R
VO?NrKyeW
思考练习题4 Md{f,,E'^@
- & r{%7
第5章典型激光器介绍 SVz.d/3Y
@eU/g![u
5.1固体激光器 !Ve3:OZ.nO
<9ph c
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 a,9GSKXo1
d_B 5@9e#
5.1.2固体激光器的泵浦系统 #+nv,?@
{u3u%^E;R
5.1.3固体激光器的输出特性 th|Q NG
j'n= Xh
5.1.4新型固体激光器 ;r}<o?'RM
[wYQP6Cyy
5.2气体激光器 ^Tmmx_Xw
Jp iKZG@L
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 . C?g nOq
\zyGJyy.
5.2.2二氧化碳激光器 z8MYgn 7
-&tiM
v
5.2.3Ar＋离子激光器 XE\bZc
4{E =wg^p
5.3染料激光器 4ebGA g ?_
SBt:
`,
5.3.1染料激光器的激发机理 YgDasKFm'
,_O[; L
5.3.2染料激光器的泵浦 5~QB.m,>
`#U6`[[
5.3.3染料激光器的调谐 Pp!W$C:
EZV$1pa
5.4半导体激光器 T94$}- 5/)
!^\/
1^
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
)G& OX
.jw)e!<\N
5.4.2PN结和粒子数反转 ]f?LQCTq<b
e#^by(1@}
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 ;k ]pq 4E
)
| a5Qxz
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 +/tD $
ok'1
5.5其他激光器 =|/b[Gd(
lh U# /}Z
5.5.1准分子激光器 MiRB*eA
&$[ {L)D
5.5.2自由电子激光器 G$b4`w t
{[+gM?
5.5.3化学激光器 q[lqEc
K(^x)w r-:
思考练习题5 @@ QU"8q
/^"TMm
第6章激光在精密测量中的应用 bMYRQ,K`C
{JJ`|*H$_
6.1激光干涉测长 sh 1fz 6g
$n W>]S\|
6.1.1干涉测长的基本原理 (ym)q#^
Df9}YI ;?
6.1.2激光干涉测长系统的组成 $.kYAsZts
bvG
Vfr "
6.1.3激光外差干涉测长技术 "O`;zC
Hw
I s7
6.1.4激光干涉测长应用举例 tznT*EQr
IP3-lr u
6.2激光衍射测量 nJnan,`W
foeVjL :T
6.2.1激光衍射测量原理 @?U5t1O<
T>?~eYHXs
6.2.2激光衍射测量的方法 =
N#WwNC
j.K y P WO
6.2.3激光衍射测量的应用 Q.Acmht#
LuVj9+1 S
6.3激光测距 |w5#a_adM
>,v~,<3
i
6.3.1激光脉冲测距 #3S/TBy,
fITml6mbE
6.3.2激光相位测距 bu.36\78
9fiZ5 \
6.4激光准直及多自由度测量 ! 9e>J
@l8?\^N
6.4.1激光准直仪 v7-'H/d.
K;95M^C\O*
6.4.2激光衍射准直仪 gDv]n^ &
R8E<;^?j
6.4.3激光多自由度测量 MG6Tk(3S
=P!Vi6[gF~
6.5激光多普勒测速 _C4^J
WXM_H0K
6.5.1运动微粒散射光的频率 JjwuxZVr O
ps]6 ,@uyB
6.5.2差频法测速 5IepVS(>?v
\S9z.!7v$
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 z R 4hu o
I4*N
6.6环形激光测量角度和角加速度 Xk3Ufz]QN
IkvH8E
6.6.1环形激光精密测角 ;(sb^O
]8^2(^3ct
6.6.2光纤陀螺 Z_;' r|c
)sQbDA|p
6.7激光环境计量 FR <wp
x\=h^r #w
6.8激光散射板干涉仪 23>?3 -q
aH6 pys!O
思考练习题6 = FE,G*
ck}y-,>,[O
第7章激光加工技术 &qr7yyY
]u:NE'0Xy
7.1激光热加工原理 ,kP{3.#Q
6?~pWZ&k_
7.2激光表面改性技术 dU\fC{1Z
G$Dg*<
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 %6n;B|!
@ f$P*_G
7.2.2激光表面熔凝技术 2vwT8/
"[%NXan
7.2.3激光熔覆技术 Ua:EI!`
>A)he!I
7.3激光去除材料技术 <I>q1m?KN
ka5>9E
7.3.1激光打孔 5Z Sw0A(w
P k,^q8;
7.3.2激光切割 !xlVyt5e
j04Q3d
\f
7.4激光焊接 3drgB;:g`
[W;14BD7
7.4.1激光热导焊 D Lu]d$G
y0Tb/&xN
7.4.2激光深熔焊 jJf|Ok:G{
;9^B# aTM
7.4.3激光复合焊 J:>TV.TP
cz0tnF*&
7.5激光快速成型技术 Kq1sGk
*8Lym,]
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 u&<LW4
7fVVU+y
7.5.2激光快速成型技术 8FMP)N4+
^^[,a Bu
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 2q#$?qs_b
zJ\I%7h*
7.6其他激光加工技术 Ywni2-)<
FPqgncBHK
7.6.1激光清洗技术 c >^_4QQ
-H]svOX
7.6.2激光弯曲 :S%|^Q AN
aw, 8'N)
思考练习题7 A[b'MNsv
A(C3kISM
第8章激光在医学中的应用 L t*H|9
Ghj6&K%b0
8.1激光与生物体的相互作用 P }PSS# nn
M_PL{
8.1.1生物体的光学特性 H: U_k68
aH:eu<s
8.1.2激光对生物体的作用 /qz( ra
2n@"|\ uHD
8.1.3激光对生物体应用的优点 j;'NJ~NZ$
,7'l$-r l
8.2激光在临床治疗中的应用 L'c4 i[~s
s0\X%U("
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 zgO?%O
X4o8
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 ($3QjH_@
Z8:iaP)
8.2.3激光在眼科中的应用 IX3r$}4
F|"NJ*o}
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 co;2s-X
;e WVc;H
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 :>cJ[K?0
";GLX%C!{@
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 3Y=S^*ztd
Y X~H!6l
8.2.7光动力学治疗 _{A($/~c?
%Jw;c`JM
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 KsHMAp 3
F6fm{
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Wy|=F ~N
YT-t$QyL
8.3.2激光断层摄影 7igrRU#1%
alq>| ,\x
8.3.3激光显微镜 fc
M~4yP?
"=qdBG9
8.4医用激光设备 +tuC 845
7qs[t7-h?
8.4.1医用激光光源 mx XQBmW
f'}23\>
8.4.2医用激光传播用光纤 Hiw{1E:rW
G;tIhq[$Vb
8.5激光应用于医学的未来 =n;ileGm+^
]o_ Ps|
8.5.1医用激光新技术 LNr2YRpyz
Qz
$ 1_v O
8.5.2光动力学治疗的前景 }F^c*xt[
C=.
思考练习题8 M T{^=F ]
D
F0~A
第9章激光在信息技术中的应用 s'i1!GNF
B
d,$[633It}
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 (=7e~'DC
(}}BZ S& .
9.1.1半导体激光器 O-G4 ^V8
]0\8g=KK
9.1.2光纤激光器 R|Ykez!D
.lqo>Ta
y
9.1.3光放大器 ==c\* o
Rh: \/31~
9.2激光全息三维显示 c1Dhx,]ad
+ ]B^ *99
9.2.1全息术的历史回顾 A/ GEDG
?
3:S
Ex;d+
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 Ll&Y_Ry
lQ@ 2s[
9.2.3白光再现的全息三维显示 U|iSJ% K
#K
]k
9.2.4计算全息图 ? -*_v// g
U+nwLxe'
9.2.5数字全息术 4 ,Fu Q}
<Y9ps`{}:
9.2.6全息三维显示的优点 qc@CV:
fU$zG"a_
9.2.7全息三维显示的应用 ZSHc@r*>
?. CA9!|
9.2.8全息三维显示技术的展望 Z1*y$=D?3[
CkIIC x
9.3激光存储技术 :fo%)_Jc!
0;o`7f
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 O'o`
t[7YMk
9.3.2激光光盘存储 YS/{q~$t
w0VJt <e*
9.3.3激光体全息光存储 |VTm5.23
N#Y4nllJ
9.3.4激光存储技术的新进展 >H[&Wa+ _
Trm)7B*
9.4激光扫描和激光打印机 5,;{< \c
HuCH`|v-
9.4.1激光扫描 .-fJ\`^mi
;PGC9v%i
9.4.2激光打印机 )}vQ?n[:'
y~''r%]
9.5量子光通信中的激光源 "wA3l%d[Y
zN*/ G6>A
9.5.1量子光通信 N%n#mV;
eRv3qK{`
9.5.2量子态发生器及应用 $0NWX
]MRE^Je\h
思考练习题9 >\[sNCkf
PUF"^9v
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 5c`DkWne%
,NPU0IDG>
10.1激光核聚变 0g~WM
SO3WOR`3
10.1.1受控核聚变 R 2Lq,(@-
/w`{]Ntgu
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 'l)@MX bGL
WUMx:a0!
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 XLI'f$w&
*!Vic#D%
10.2激光冷却 p;U[cGHC
,b KA]#(2
10.3激光操纵微粒 m RxL%!
5d <-y2!M
10.3.1光捕获 "-90:"W
` L6H2:pf
10.3.2微粒操纵 [P`Q_L,+
LX!16a@SxA
10.4超越经典衍射极限的分辨率 Y:ZI9JK?
P2!@^%o
10.4.1解析延拓 E _/v $
#AFr@n
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 )j]S ;Mr
u'<Y#bsR#/
10.4.3傅里叶叠层算法 #$e~ o}(r
Z#3wMK ~
10.4.4相干谱复用 8HxB\ !0F?
{y) s85:t
10.4.5非相干结构光照明成像 W9ZT=#>)[
--dGN.*xb4
10.4.6超分辨荧光显微镜 EAqTXB@XU
QS mE:Y
10.5激光光谱学 vx5;}[Bhm
n)8bkcZCp+
10.5.1拉曼光谱 #B &D
~BaU2S@ y
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 uZW
? 0W
u %JM0180
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 69`9 !heu
P (_:8|E
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 EX='\~Dw
>8#(GXnSt
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 q;}^ Jpb;
axxd W)+K
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 D-8%lGS
N`Zm[Sv7
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 ] j}zN2[A
ZL+ {?1&-
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 );@@>~
Z8}Zhe.
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 7?]gUrE
Mw\/gm_3
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 m32OE` s
sYYg5vL9
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 G$x uHHZ'
? L s]k
思考练习题10 X.o[=E
fFqK.^Tn
附录A随机变量 k&n7 _[]n
k(3 s^B
A.1概率的定义和随机变量 bsR^H5O@
' B8fc-n
A.2分布函数和密度函数 /ZvNgaH5M
Z@RAdwjR`p
A.3推广到两个或多个联合随机变量 W7O%.xP
KVSy^-."
A.4统计平均 i5(_.1X<#{
a^)7&|$ E
附录B随机过程 Yc"G="XP;
;TEZD70r
B.1随机过程的定义和描述 "Y7RvL!U
^r(2
r
B.2平稳性和遍历性 Yn'X SV|g
bqS*WgMY-
参考文献 *O$kF.3q
O8[dPm W
 P=KOw;bs
A:cc @ku
（实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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