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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。 GN>@ZdVG}#
.S4u-
[attachment=99403] & nK<:^n
yDh6KUK
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 tl>7^ hH
WY]s |2a
1.1光的波粒二象性 C9;kpqNG#u
eV~goj
1.1.1光波 i@'dH3-kO
t$ *0{w
E
1.1.2光子 T^q
0'#/
sR8"3b<qA
1.2原子的能级和辐射跃迁 A %-6`>
tf G@&&%9
1.2.1原子能级和简并度 b`_Q8 J
zBH2@d3W
1.2.2原子状态的标记 XX~,>Q}H=
IGN1gs
1.2.3玻尔兹曼分布 aQ~s`^D
1Y Mh1+1
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 J=yTbSN\v
nj4/#W
1.3光的受激辐射 c[e}w+ uB
']oQ]Yx0
1.3.1黑体热辐射 K|@ G t%Y
|cY`x(?yP
1.3.2光和物质的作用 &.ACd+Cd
%>s |j'{
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 }1xo-mUg,
A)KZa"EX
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 |7K bpj
B-ESFATc
1.4光谱线增宽 xLn%hxm?,
9>$p
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 v8D C21pb
/7LR;>B j
1.4.2自然增宽 O'~+_ykTl
:H[6Lg\*
1.4.3碰撞增宽 w=@Dv
t:c.LFrF
1.4.4多普勒增宽 U<-D(J
uVU)d1N
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 lRdChoL$2
~_ a-E
1.4.6综合增宽 r%N)bNk~
F gI3
1.5激光形成的条件 {^\r`V p
bN88ua}k{
1.5.1介质中光的受激辐射放大 j~QwV='S
:i7;w%B
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 9C i-v/M]
c "xK`%e
思考练习题1 q,6DE z
D3A/l
第2章激光器的工作原理 rN{ c7/|
A (0lM`X
2.1光学谐振腔结构与稳定性 L.WljNo
Xry4 7a
)
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 % %wNZ{
Ca3~/KrM
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 PxE3K-S)G
]9,; K;1<
2.1.3稳定图的应用 KY N0
PYzvCf`?
2.2速率方程组与粒子数反转 ~v"L!=~G;a
C8 \^#5
2.2.1三能级系统和四能级系统 bJ;'`sw1
sN wI 0o
2.2.2速率方程组 i 3SHg\~Z
I2^8p TLh
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 3yX Y.>'
---N 9I
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 VD\=`r)nT
[c06 N$:
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 wa3}S B
Qw)c $93
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 k;L6R!V
8e|% M
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 BF <ikilR
tRfo$4#NY
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 kS h( u
_/K_[w 1
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 AzxXB
})?GzblI&
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 8&aq/4:q0
E@3 aI
Axh
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 eGH aY4|
"-J -k=
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 "w.3Q96r
tNX|U:Y*
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 pV"R|{#V
mdg i5v
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 ?S$P9^ii'
Wiu"k%Qsh
2.5激光器的损耗与阈值条件 @{O`E^}-D
E\,-XH
2.5.1激光器的损耗 _f:W?$\ho
|H+Wed|
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 8 *T=Xei8
:[!j?)%>
2.5.3阈值条件 N* &1GT#9
( ICd}
2.5.4对介质能级选取的讨论 'X2PO ay1
w*JGUk
思考练习题2 }!C)}.L<
{jX2}
第3章激光器的输出特性 & 9 ?\b7
/Mu @,)''
3.1光学谐振腔的衍射理论 .h4 \Y A
qeZ? 7#Gf
3.1.1数学预备知识 #?9;uy<j.q
v oj^pzZ
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 Tyf`j,=
6b \&~b@T
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 hFl^\$Re
$'hEz/
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 v Op K Np
J6FV]Gpv
3.2对称共焦腔内外的光场分布 e;} 7G
e&aWq@D
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 8eHyL
u^qT2Ss0
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 ~ 1vDV>dpE
$@"g^,n
3.3高斯光束的传播特性 _t #k,;
1Z~FCJz
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ^qD$z=z -
? '{SX9
3.3.2高斯光束的相位分布 8C 9-_Ng`
(jl
D+Y_
3.3.3高斯光束的远场发散角 By Nn
T <ET
)D7
3.3.4高斯光束的高亮度 o= "M
W+ko q*P
3.4稳定球面腔的光束传播特性 (S\[Y9
pohp&Tcm
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 | Uh
6.nCV 0xA
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 o]M 5b;1
Ks`J([(W&
3.5其他几种常用的激光光束 [;) ,\\u,d
f5VLw`m}.8
3.5.1厄米-高斯光束 &H/'rd0M
'^~{@~ ;%L
3.5.2拉盖尔-高斯光束 T&u5ki4NE
xH"/ 1g
3.5.3贝塞尔光束 "N bq#w\
CSq4x5!_7>
3.6激光器的输出功率 qL3;}R
.jT#:_
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 !0 L Wa"
dufu|BL|}
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 e_ANUll1
c>:wd@w
3.7激光器的线宽极限 d K3*;
9u}Hmb
3.8激光光束质量的品质因子M2 NzOx0WLF
hxd`OG<gF
3.9模式激光的某些一阶统计性质 ex (.=X 1
3/e.38m|
3.9.1单模激光的一阶统计性质 nIy}#MUd|q
k(7&N0V%zz
3.9.2多模激光的一阶统计性质 ;1O_M9
>T 3-
思考练习题3 rkCx{pe9
&n }f?
第4章激光的基本技术 %JD,$p Ps
KD7dye
4.1激光器输出的选模 Rmt~,cW!\
[KaAXv
.X
4.1.1激光单纵模的选取 j<jN0 5p
{xB!EQ"
4.1.2激光单横模的选取 s;Z\Io
J1RJ*mo7,
4.2激光器的稳频 oiT[de \S
# 0Q]d O
4.2.1影响频率稳定的因素 6@ IXqKz
ju8q?Nyhs
4.2.2稳频方法概述 >xYpNtEs
)<;Y-u.UW
4.2.3兰姆凹陷法稳频 KNpl:g3{<Q
"ZoRZ'i
4.2.4饱和吸收法稳频 >#~& - 3
A) %/[GD2
4.3激光束的变换 xU >WEm2
i8[t=6Rm@
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 [-k
~f1%8z
4.3.2高斯光束的聚焦 {V$|3m>:*
Tx=-Bb~;
4.3.3高斯光束的准直 E +R1 !.
+wvWwie
4.3.4激光的扩束 zrL$]Oy}x
m}aB?+i
4.4激光调制技术 kmsb hYM)
A gg<tM{yB
4.4.1激光调制的基本概念 aS{n8P6vW
st3l2Q
4.4.2电光强度调制 )=Z>#iH1
!&ayYu##{
4.4.3电光相位调制 _A5e{Gb
?{|q5n
4.5激光偏转技术 LX7FaW
z Rl3KjET
4.5.1机械偏转 THbh%)Zv+
%C'?@,7C
4.5.2电光偏转 EC6DW=
F2 dHH^
4.5.3声光偏转 #!qm Z N
^aMg/.j
4.6激光调Q技术 lL3kh J:%
X_ cV%#
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q EXwo,?I
V!ZC(
4.6.2调Q原理 /-ch`u md
| `Ntv }
4.6.3电光调Q c74.< @w
F/bT)QT<f
4.6.4声光调Q ^ f
&XQQY
:O?MSS;~
4.6.5染料调Q pb?c$n$u*
Zq|I, l0+E
4.7激光锁模技术 FQ2
*{@Nq=fE
4.7.1锁模原理 /W30~y
Xy &A~F
4.7.2主动锁模 5\sd3<:+
el<s8:lA
4.7.3被动锁模 ooL!TS GD
mpEK (p
思考练习题4 C'@i/+
N/'b$m5=
S
第5章典型激光器介绍 '&R2 U_
?|C2*?hZ+
5.1固体激光器 #m<nAR
| y#
Jx
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 vnt%XU,,Y
q u6D 5t
5.1.2固体激光器的泵浦系统 cAqLE\h
R'`qK c
5.1.3固体激光器的输出特性 ks qQM
C8:f_mJU
5.1.4新型固体激光器 Lpz>>}
c|B('3h
5.2气体激光器 #7 $
H
g i-$Z FzB
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 ]G= L=D^cK
:WS@=sZN
5.2.2二氧化碳激光器 V-2(?auZd
+wU@ynw
5.2.3Ar＋离子激光器 D~fl JR
,RI Gc US
5.3染料激光器 UiP"Ixg6
xJv m hN/c
5.3.1染料激光器的激发机理 LTCb @L{^i
n)e
6>R ;
5.3.2染料激光器的泵浦 5iw<>9X*
#PW9:_BE
5.3.3染料激光器的调谐 c(m<h+ 2VL
!bx;Ta.
5.4半导体激光器 kGS;s B
=tn)}Y.<e
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 Al^d $FaF
,vawzq[oSy
5.4.2PN结和粒子数反转 :$|HNeDO
z`}qkbvi
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 nFe< w
EIAc@$4
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 g \:[
55;8
Xp% v.M
5.5其他激光器 Rz/gtEP
%y[h5 *y*
5.5.1准分子激光器 hJ? O],4J
XS{Qnx_#
5.5.2自由电子激光器 ~2N"#b&J
1Z2HUzqh.
5.5.3化学激光器 ({)+3]x
fk>aqm7D!
思考练习题5 yNo0ubY
>J?fl8
第6章激光在精密测量中的应用 `r':by0M
[Ek7b *
6.1激光干涉测长 QXFo1m
$G+@_'
6.1.1干涉测长的基本原理 ^|>PA:%
]Sz:|%JP1
6.1.2激光干涉测长系统的组成 )[IC?U:5I
"|
g>'w M*
6.1.3激光外差干涉测长技术 B{#I: Rs9
(OL4Ex' ]
6.1.4激光干涉测长应用举例 T2W eE@o
|F[+k e
6.2激光衍射测量 wo/\]5
h"Q8b}$^)
6.2.1激光衍射测量原理 iC~^)-~H=w
M h}m;NI
6.2.2激光衍射测量的方法 ]|a g
=v&hWj P
6.2.3激光衍射测量的应用 uyWu npT
O+]ZyHnB
6.3激光测距 _8J.fT$${
>\#*P'y` d
6.3.1激光脉冲测距 -f^tE, -
q`7PhA
6.3.2激光相位测距 $( kF#
/Iokf@5
6.4激光准直及多自由度测量 P |E| $)m
"Gzz4D
6.4.1激光准直仪 + GN(Ug'R
E CuH%b^,
6.4.2激光衍射准直仪 5L n,{vsv
,R\ \ %
6.4.3激光多自由度测量 "+nR GEs6
H$t_Xw==
6.5激光多普勒测速 xm~ `7~nFR
4E+e}\r:6
6.5.1运动微粒散射光的频率 k]|~>9eY]
T3<4B!UB&
6.5.2差频法测速 |syR6(U}
v n8aFA
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 U< fGGCw
ec;o\erPG
6.6环形激光测量角度和角加速度 cqkV9f8Ro
pah'>dAL
6.6.1环形激光精密测角 z&\a:fJ &
'JE`(xD
6.6.2光纤陀螺 #:_Kws>+
EME|k{W
6.7激光环境计量 ebhXak[w
RbnVL$c
6.8激光散射板干涉仪 qInR1 r<
jB2[(
思考练习题6 #zs~," dRv
;ig IZ$&
第7章激光加工技术 h ( dvZ=
%
(%6P0*
7.1激光热加工原理 %[TR^Th6
C{rcs'
7.2激光表面改性技术 0#hlsfc] \
;$| nrwhy
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 'IQ0{&EI
F)QDJE0
7.2.2激光表面熔凝技术 hn@08t G
q<|AZ2Ai
7.2.3激光熔覆技术 /,yd+wcW#
S%>]q
s
7.3激光去除材料技术 {JT&w6Jz
(w3YvG.
7.3.1激光打孔 q]-r @yF
Yj49t_$b
7.3.2激光切割 k4;7<j$ir
$6 f3F?y7
7.4激光焊接 [z{1*Xc
H7n>Vx:L-
7.4.1激光热导焊 J*M>6Q .)
#;yZ
7.4.2激光深熔焊 1))8
A@,
gwMNYMI
7.4.3激光复合焊
}my`K
lL3U8}vn
7.5激光快速成型技术 oMa6(3T?E
q0vQ a
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 R-$!9mnr
CD~.z7,LC
7.5.2激光快速成型技术 Svmy(w~m
99QU3c<.
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 U5de@Y
usF.bkTp
7.6其他激光加工技术 / U9"wvg
ON(kt3.h
7.6.1激光清洗技术 y<Ot)fa$
%h!B^{0
7.6.2激光弯曲 (!WD1w
Q;rX;p^W
思考练习题7 O\ r0bUPE
5rik7a)Z]
第8章激光在医学中的应用 S,he6zS
b ]KBgZ
8.1激光与生物体的相互作用 4V`G,W4^J
/\n- P'}
8.1.1生物体的光学特性 b>ySv
` Sz}`+E
8.1.2激光对生物体的作用 Gd85 kY@w7
Dl vz )
8.1.3激光对生物体应用的优点 R6->t #n,
@q) d
8.2激光在临床治疗中的应用 :V ||c 5B+
3Y$GsN4ln
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 cvL;3jRo
J|7 3.&B
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 K-Ef%a2#`
S
f#
R0SA
8.2.3激光在眼科中的应用 nxFBI D
f/?P514h
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 M o|2}nf
!4+<<(B=E
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 RViAwTvY
v]Uw Jz3<
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 CqC`8fD1
]`WJOx4
8.2.7光动力学治疗 Q7CsJzk~)
iy.\=Cs$N
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 (TM,V!G+U~
A04U /;
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 @= u3ZVD
\ Cj7k^
8.3.2激光断层摄影 Ow ,b^|
FS1z`wYP
8.3.3激光显微镜 )4 ;`^]F
$*m-R*kt
8.4医用激光设备 _yR^*}xJb
_aeBa uD
8.4.1医用激光光源 *LY8D<:z s
47/iF97
8.4.2医用激光传播用光纤 K*d Cc}:`
LDa1X2N
8.5激光应用于医学的未来 >yDZw!C
qqU 64E
8.5.1医用激光新技术 _@/8g PT*i
7{W ny&[0
8.5.2光动力学治疗的前景 xgtR6E^k
/Z4et'Lo
思考练习题8 ,hmL/K0"(5
<OPArht
第9章激光在信息技术中的应用 08{@rOr
cB&:z)i4
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 QS`]
poFg 1
9.1.1半导体激光器 Ek}A]zC
>
Nr# O
9.1.2光纤激光器 )!T/3|C
x,V r=FB
9.1.3光放大器 |wj?ed$
f
SgOheN-
9.2激光全息三维显示 <a+Z;>
%8x#rohP
9.2.1全息术的历史回顾 0m ? )ROaJ
9 cm#56
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 TS5Q1+hWHV
u#SWj,X
9.2.3白光再现的全息三维显示 ?bu>r=oIO]
[0 e_*
9.2.4计算全息图 {l >hMxij
8~gLqh8^V
9.2.5数字全息术 A5w6]: f2
LreP4dRe
9.2.6全息三维显示的优点 cN 9t{.m
%~S&AE-
9.2.7全息三维显示的应用 xN%K^Tree
CJI~_3+K
9.2.8全息三维显示技术的展望 Yz<1
wt7;
OZ!^a k
9.3激光存储技术 1aABzB
^
@\I#^X5lv
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 t0 ?\l)
5/z />D;
9.3.2激光光盘存储 X n\jO>[Ef
0qT%!ku&
9.3.3激光体全息光存储 7t_^8I%[
&
ZB
9.3.4激光存储技术的新进展 ^G-@06 /!
sn>~O4"
9.4激光扫描和激光打印机 O|UC ?]6
tklH@'q
9.4.1激光扫描 HUO j0T
4v|W-h"K
9.4.2激光打印机 BFW&2
<b<j=_3
9.5量子光通信中的激光源 ;6hOx(>`=
,,|^%Ct']
9.5.1量子光通信 H 7
^/q7
*_g$MI
9.5.2量子态发生器及应用 T9q-,w/j;
9] @!S|1
思考练习题9 W+1^4::+
*4_Bd=5(U
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 /|#fejPh
f:P}*^
Gw
10.1激光核聚变 5nVt[Puw
IdxzE_@
10.1.1受控核聚变 ?b5 ^
c_l"I9M#r
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 {cw /!B
@$K"o7+]
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 f'3$9x
w:l
V"]1
10.2激光冷却 ,wdD8ZT'Ip
xA[mm
10.3激光操纵微粒 ;P&OX5~V
Y:)e(c"A
10.3.1光捕获 *G 9V'9
8kDp_s i
10.3.2微粒操纵 Pd]|:W< E
R_S.tT!
10.4超越经典衍射极限的分辨率 , SnSW -P
"Os_vlapHo
10.4.1解析延拓 R,=fv
SOvF[,+
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 Yp2e Bgo"
Nu~lsWyRI5
10.4.3傅里叶叠层算法 &UlWCOo8
=zs`#-^8
10.4.4相干谱复用 }f 7j 8py
6/d I6 C!
10.4.5非相干结构光照明成像 DkAAV 9*
t#eTV@-
10.4.6超分辨荧光显微镜 VBcPu
B@
KQ]4-
10.5激光光谱学 tcog'nA z
#
c^z&0B}
10.5.1拉曼光谱 2Q:+_v
-!]ZMi9
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 l0i^uMS
pIKPXqA
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 t}tEvh
ayF\nk4b
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 /fV ;^=:8c
c<$OA=n
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 Q>1[JW{$}
7EO_5/c Y
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 W-lN>]5}m
YLn?.sV{[0
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 {h`uV/5@`
FH+s s!
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 %sQ^.` 2
A1zjPG &]
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 ]
{HI?V
0'?L#K
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 U}j 0D2
x0:m-C
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 h>OfOx/{q9
p0<\ G
思考练习题10 _ n>, !vH
Ck7uJI<x
附录A随机变量 OX\F ~+
PBkt~=j
A.1概率的定义和随机变量 k7A -J\
P3 ^Y"Pv?
A.2分布函数和密度函数 %;YHt=(1*X
]+:^W^bs:
A.3推广到两个或多个联合随机变量 [RTs[3E^
=
6\ ^%
A.4统计平均 ChXq4]
n t7.?$
附录B随机过程 (,Df^4%7
L OV)3{m
B.1随机过程的定义和描述 XFV!S#yE Z
$43qME
B.2平稳性和遍历性 HBx= \%;n
|64~ K\X
参考文献 <1\Nb {5
0T5L _%c
 AoL2@C.C%D
+@iA;2&
（实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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