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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。 #4d 0/28b
N}.h_~6
[attachment=99403] Z@~8iAgE
zPhN V8k-
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 n g<|lsZd
nQ /(*d
1.1光的波粒二象性 q(a6@6f"kD
J+Y& a&j.
1.1.1光波 C5;"mo-
}Y< (1 w
1.1.2光子 PT>,:zY
_0 Wd m*
1.2原子的能级和辐射跃迁 Ur5X~a\y
c;wt9J.f
1.2.1原子能级和简并度 & =_YL
,uDB ]
1.2.2原子状态的标记 yK [ ~(!c5
U
.e Urzu
1.2.3玻尔兹曼分布 Q.vtU%T
nFxogC n
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 *B@<{x r
& 8~U&g6C
1.3光的受激辐射 ]9b*!n<z
aD%")eP%&
1.3.1黑体热辐射 ! =|{
O P``g/x)
1.3.2光和物质的作用 Pf(z0o&
xr.fZMOh4
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 :) mV-(+o
ob-be2EysH
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 Pu}r`
E_
~e'FPVDn
1.4光谱线增宽
W)j/[
LTFA2X&E=
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 ^\Jg
{9a
kj+AsQC ,
1.4.2自然增宽 ;~xkT'
5b| _?Em7
1.4.3碰撞增宽 "4Anh1,js
L3i\06M
1.4.4多普勒增宽 JnPA; 1@/
%o*afd
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 !K6: W1
& eg]8kV
1.4.6综合增宽 BA
L! 6
7F.>M
1.5激光形成的条件 [ ,G]#<G?q
.B>|>W O
1.5.1介质中光的受激辐射放大 rd. "mG.
VZw( "a*TB
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 @HaWd 3
p2w/jJMD
思考练习题1 @ Q TG
QWfwoe&;R:
第2章激光器的工作原理 tA'i- D &
I" Y?vj9]
2.1光学谐振腔结构与稳定性 >TK`s@jdSV
Fda <cS]
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 Q7 `zrCh
`^|mNh
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 N[zI@>x
+h*&r ~T
2.1.3稳定图的应用 AF **@iG
*/?L_\7
2.2速率方程组与粒子数反转 U3A >#EV
n |.- :Zy
2.2.1三能级系统和四能级系统 i~k?k.t8
r\_aux^z
2.2.2速率方程组 k Zf 7
x"_f$,:!
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 gY;N>Yq,C
a?Q~C<k
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 <6- (a;T!7
`| R 8WM
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 LOe!qt\&
bNIT 1'v
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 H+_oK
]/
bncK8SK
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 }{E//o:Ta
9-p d {Z~l
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 QDxL y aL
vad" N
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 t1IC0'o-
{zmo7~=
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 Re, 0RM\
ChGwG.-%L
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 "ZT=[& 2
}L:LcM
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 hFQC%N. '
" P0o)g+{
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 /A##Yv!biR
=fG(K!AQ
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 BWw 7o{d
^JY R^X>_
2.5激光器的损耗与阈值条件 lywcT! <
C8NbxP
2.5.1激光器的损耗 aU#8W.~
%'^ m6^g;
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 RTF{<,E.UX
9DPf2`*$
2.5.3阈值条件 X(E f=:
VAq(
t
2.5.4对介质能级选取的讨论 `b9oH^}n j
9 x{T"'
思考练习题2 :gQc@)jZ(*
G++kU o<
第3章激光器的输出特性 US>
m1KsX
QC ? 8
3.1光学谐振腔的衍射理论 @L whQ
`EWeJ(4Z@
3.1.1数学预备知识 ?6uh^Qal
Q Z 9 )uI
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 @JN %P} 4)
FcfN]!
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 a$9UUH-|
,9W 0fm \t
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 <-FZ-asem
Eb{TKz?
3.2对称共焦腔内外的光场分布 7g(rJGjtg
aY3kww`
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 HJ_xg6.x
73N %_8DH
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 7d'@Z2%J0
^Ko0zz|R/
3.3高斯光束的传播特性 <NS= <'U
w8{deSdfP
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 bh+ R9~
E 8,53$
3.3.2高斯光束的相位分布 rZ0@GA
y>wr $
3.3.3高斯光束的远场发散角 : PQA 9U|
3OM\R%M
3.3.4高斯光束的高亮度 i<%(Z[9Lk
@h ^5*M
3.4稳定球面腔的光束传播特性 1l1X1
YK"({ Z>U
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 W>1\f0'
ixfkMM ,W
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 R `s /^0
b S0^AVA
3.5其他几种常用的激光光束 NK,)"WE
U/jJ@8
3.5.1厄米-高斯光束 LM*9b
]YOQIzkL4}
3.5.2拉盖尔-高斯光束 :_^9.`
?%;uR#4
3.5.3贝塞尔光束 %/ S BJ
1X#`NUJ?2
3.6激光器的输出功率 C ,fIwqOr3
F}.Af =<Q
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 drb_GT
7a@V2cr@
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 = ]7 \--
h ]MSjC.X
3.7激光器的线宽极限 ?$r+#'asd(
dIM:U :c
3.8激光光束质量的品质因子M2 #2cH.`ty
^P{'l ^CVX
3.9模式激光的某些一阶统计性质 6 E_YQb dy
[3/ P
EDkw
3.9.1单模激光的一阶统计性质 %81tVhg
a D 3$z;E
3.9.2多模激光的一阶统计性质 4tq>Lx^5U
b_wb!_
思考练习题3 ef5 3~x
KP:O]520
第4章激光的基本技术 MfYe @ ;m
q*'hSt@+D
4.1激光器输出的选模 75^-93
E]ZM`bex&
4.1.1激光单纵模的选取 ef, 6>xv
Z;%qpsq
4.1.2激光单横模的选取 ngdVRJL
?BWWb
4.2激光器的稳频 KTf!Pf?g
o'H $ g%
4.2.1影响频率稳定的因素 Gjv'$O2_
z Gz5|u
4.2.2稳频方法概述 Y Y]LK%-
6qH o$#iT
4.2.3兰姆凹陷法稳频 kxf'_Nzy
H;$w^Tr
4.2.4饱和吸收法稳频 +;*])N%q
F92n)* [
4.3激光束的变换 k+ s <;{
@${!C\([1
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 "CZ`hx1|^
gu"Agct4
4.3.2高斯光束的聚焦 xt3IR0
u 6%56 %^f
4.3.3高斯光束的准直 *nH ?o* #
_~_Hu p
4.3.4激光的扩束 8 fDnDA.e
_ROe!w 1
4.4激光调制技术 R'9TD=qEK
#z5'5|3
4.4.1激光调制的基本概念 NtA}I)'SWU
i\`[0dfY
4.4.2电光强度调制 J@R+t6$3O
@l@lE0
4.4.3电光相位调制 "ENgu/A!
>i=O =w
4.5激光偏转技术 nbOMtK
> iG`
4.5.1机械偏转 *Qyw
_Q
3Um\?fj>}(
4.5.2电光偏转 C6/, -?%)
2&=;$2?}
4.5.3声光偏转 : ;d &m
" @Te!.~A.
4.6激光调Q技术 %*/?k~53
Q2Q`g`* O:
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q <89 js87
;JAe=wt^'I
4.6.2调Q原理 =Qz 8"rt#
0 | NbU
4.6.3电光调Q p?d Ma_ g
0dnm/ 'L
4.6.4声光调Q "+7~C6[s
v3hNvcMpf
4.6.5染料调Q -
+>~
Bp4QHv9xqL
4.7激光锁模技术 D6v0n6w
(xxJ^u>QC
4.7.1锁模原理 3[8'pQ!&
SmtH2%y I
4.7.2主动锁模 ,a?em'=
sG^b_3o)A
4.7.3被动锁模 S&]J Y
r]8B6iV
思考练习题4 ( zTr/
HPU7
` b4
第5章典型激光器介绍 H]}-
U8}sp
R?I(f(ib
5.1固体激光器 JQ.ZAhv
pX!S*(Q{
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 * D|6g| Hb
i{ %~&!
5.1.2固体激光器的泵浦系统 Rfgc^ 3:j
V {a 7@_y
5.1.3固体激光器的输出特性 Z\@vN[[
4; j #7
5.1.4新型固体激光器 op}x}Ioz
_c %~\LOk
5.2气体激光器 -/FCd(
44 S<(Re
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 d)dIIzv
Mu{mj4Y{
5.2.2二氧化碳激光器 5+ VdZ'@
3 :f5xF
5.2.3Ar＋离子激光器 [*50Ng>P`
ZtB0:'o;
5.3染料激光器 *A 8C J
"\>
<UJ
5.3.1染料激光器的激发机理 La3f{;|u5M
< Oy%
5.3.2染料激光器的泵浦 auS$B %
5"@<7/2qI
5.3.3染料激光器的调谐 g#Yqw
GO`X K E
5.4半导体激光器 17nWrTxR$
EB>laZy >
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 ,`H=%#
>Z>*Iz,LP
5.4.2PN结和粒子数反转 sRY: 7> eg
>.M
`Fz.
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 $\0j:<o
t6 js@Ih
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 GDOaZ i
"jAV7lP
5.5其他激光器 "7gS*v,r
%s<7|,
5.5.1准分子激光器 } #%sI"9
MA"iM+Ar
5.5.2自由电子激光器 v "oO
p k"JcUzR
5.5.3化学激光器 qf7.Sh
e2Xx7*vS
思考练习题5 xG<S2R2VQh
ir/ 2/
E
第6章激光在精密测量中的应用 <!=TxV>}A
<pi q?:ac
6.1激光干涉测长 !.p!
> % d]"]
6.1.1干涉测长的基本原理 9lny[ {9
i 0L7`TB
6.1.2激光干涉测长系统的组成 \
fwf\&
$aGK8%.O
6.1.3激光外差干涉测长技术 Jbs:}]2
Qaagi
`
6.1.4激光干涉测长应用举例 =U@*adgw
eIg2m <9u
6.2激光衍射测量 HqN|CwGgJ:
]`u{ ^f
6.2.1激光衍射测量原理 Up/1c:<J
k&^Megcb
6.2.2激光衍射测量的方法 -3KB:K<
q^12Rj;H
6.2.3激光衍射测量的应用 FRfMtxvU
R]ppA=1*_l
6.3激光测距 ' #q"u y
D
Zh6/n#q
6.3.1激光脉冲测距 eKu&_q
#0 ^Q UOp
6.3.2激光相位测距 %DRDe
2c+q~8Jv
6.4激光准直及多自由度测量 hefV0)4K
l~f +h?cF
6.4.1激光准直仪 ',O@0L]L
Y}|78|q*
6.4.2激光衍射准直仪 d2(eX \56Z
m]u#Dm7h
6.4.3激光多自由度测量 ?xeq*<qfI
blp )a
6.5激光多普勒测速 29Gej Lg |
=z@'vu$Fh
6.5.1运动微粒散射光的频率 W>@+H"pZ
pp{%\td
6.5.2差频法测速 'TbA^U[
uCUBs(i D
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 t+h"Y iT
auGt>,Zj\Q
6.6环形激光测量角度和角加速度 *X<De
WG^D$L :
6.6.1环形激光精密测角 ]|732Z
WMI/Y 9N
6.6.2光纤陀螺 AJmS 1 B
^_<pc|1
6.7激光环境计量 _Juhl^LM ;
? th+~dE
6.8激光散射板干涉仪 tB1Qr**
Th!S?{v
思考练习题6 ~" $9auQtC
-''vxt?7H&
第7章激光加工技术 )p !dql K
7l:H~"9r
7.1激光热加工原理 7 IIM8/BI
:z"Uw*
7.2激光表面改性技术 n_c0 =YH
| kV xrq
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 q#WqU8~Y
cb
UVe h7Q
7.2.2激光表面熔凝技术 MD1,KH+O
{'X "9@
7.2.3激光熔覆技术 5 wc&0h
16aa IK
7.3激光去除材料技术 _VM J q9.
QeQbO
7.3.1激光打孔 #Io#OG<7b
"Dy&`
7.3.2激光切割 ]_-$
A"P1 B ]
7.4激光焊接 [jLx}\]
( / N`Wu
7.4.1激光热导焊 ({ i|
w'qV~rN~tc
7.4.2激光深熔焊 m<076O4|`
oiR` \uY
7.4.3激光复合焊 jEI!t^#
wicg8 [T=B
7.5激光快速成型技术 x'
~ 01]VA
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 "/\:Fdc^
wYF)G;[wM
7.5.2激光快速成型技术 mV'd9(s?
Uz62!)
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 8)H"w$jq
L' )(Zn1
7.6其他激光加工技术 Z`: V~8=l
}k ,Si9O
7.6.1激光清洗技术 I]$kVa1iN
x t-;7
7.6.2激光弯曲 +
6}FUi!"e
Fm2t:,=
思考练习题7 v =L^jw
. II'W3Fr
第8章激光在医学中的应用 %8$wod6
I4") ;T3
8.1激光与生物体的相互作用 {uhw ^)v
ksK
lw_%o
8.1.1生物体的光学特性 r2hm`]\8M
! AMPA*
8.1.2激光对生物体的作用 nH_A`m3%/
#G\)ZheG
8.1.3激光对生物体应用的优点 oZzE .Q1T
V8N <%/ A=
8.2激光在临床治疗中的应用 `bx gg' V
^y h
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 g"#+U7O
Nd ( $ s[
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 >o [T#U
]IoS-)$Z/
8.2.3激光在眼科中的应用 g:*yjj
/Ia#udkNMp
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 1o$<pZZ
_=cMa's
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 .jRXHrK;
wv*r}{%7g[
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 2R1W[,Ga!
WM" I
r1
8.2.7光动力学治疗 *D9QwQ
_|
)X7ZX#ttH
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 zz$*upxK
V 1Fdt+#
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 7zNyH(.
g,q&A$Wi
8.3.2激光断层摄影 {X< t Uco
aFbA=6
8.3.3激光显微镜 d :j$!@o
3 )`}#` T
8.4医用激光设备 &K\ di*kN
kdF# Nm
8.4.1医用激光光源 c y? EX~s4
b _6j77
8.4.2医用激光传播用光纤 . Bv;Zv
&yP9vp="
8.5激光应用于医学的未来 *W0`+#Dcv
D!y
Cnq=8
8.5.1医用激光新技术 kdv>QZ
3 8f9jF%7j
8.5.2光动力学治疗的前景 w1.KRe{M
gsZCWT
思考练习题8 Nc]]e+N#V
)! OEa]
第9章激光在信息技术中的应用 jd$lu^>I
Yr0%ZYfN
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 H 7R1Ga J
j:fL_1m
9.1.1半导体激光器 F 02Nn F
0chBw~@*s
9.1.2光纤激光器 M~^|dR)D
]xFd_OHdb
9.1.3光放大器 4 4cyD _(
!,I}2,1%k
9.2激光全息三维显示 |)0kv f?
?}O\'Fa8
9.2.1全息术的历史回顾 TMq\}k-I5
P,*R@N
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 tcmG>^YM
p6 >3
p
9.2.3白光再现的全息三维显示 )<!y_;$A
2pZ|+!xc+
9.2.4计算全息图 $Y>LUZ)b&8
#N7@p }P
9.2.5数字全息术 $n>.;CV
a2sN$k
9.2.6全息三维显示的优点 >/-<,,<\C
P1)9OE
9.2.7全息三维显示的应用 Azu$F5G!n
R5| c4v{B
9.2.8全息三维显示技术的展望 pO x0f;'G+
)6Hc Pso6
9.3激光存储技术 c"6<p5j!
BQ &|=a6
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 !,|yrB&`S
wzF/`z&0?6
9.3.2激光光盘存储 / bfLo x
h= ?#D0
9.3.3激光体全息光存储 :+Y+5:U]
2Fp.m}42i(
9.3.4激光存储技术的新进展 Nx,.4CI
"1WwSh}Z
9.4激光扫描和激光打印机 ..;}EFw5
^jq QG+`?
9.4.1激光扫描 ':6`M
<`n T+c
9.4.2激光打印机 RCg Z GP
<4D.P2ct
9.5量子光通信中的激光源 evz{@;.R
IL*C/y
9.5.1量子光通信 &Z#g/Hc
@tR:}J*9s
9.5.2量子态发生器及应用 ~~;J[F p
E&#cU}ErN
思考练习题9 r3{Cu z
tg.[.v Ks
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 w<*6pP y
1T!(M"'Ij
10.1激光核聚变 ,_F@9 Up
Hj2E -RwG
10.1.1受控核聚变 r[ ni{ &
}f?$QSF
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 zU}Ru&T 9
| @! 4BA
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 L9W'TvTwo
Eg$ I
10.2激光冷却 *S%~0=
4"at~K`
Q
10.3激光操纵微粒 j0_)DG
p 48m k
10.3.1光捕获 }%x 2Z{VF
.hPk}B/KV
10.3.2微粒操纵 +"
|?P
N`,ppj
10.4超越经典衍射极限的分辨率 ae_Y?g+3
KxhMPvN'
10.4.1解析延拓 <$metN~9j
d< j+a1&
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 -Ri/I4 Xj
g3B%}!|
10.4.3傅里叶叠层算法 __LR!F]=i
AWo\u!j
10.4.4相干谱复用 R2,Z`I
ktF\f[
10.4.5非相干结构光照明成像 r}T(?KGx
x
*:v]6y
10.4.6超分辨荧光显微镜 %wil'
2 8 >
10.5激光光谱学 %La<]
%JoHc?
10.5.1拉曼光谱 .=G ?Zd
N_L ~oX _
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 5y^I~"_ i
V?t56n Y}
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 )IBvm1
S,0h
&A9
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 f(S 9>c2
D`hl}
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 D`c&Q4$:
1egq:b h
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 <Fo~|Nh|
'< =77yDg
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 -qyhg-k6
/dI8o
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 7! sR%h5p
l y9tI-E
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 `@3{ }
a=_:`S]}
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 xTnFJ$RK2
nQ +$
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 `_"loPu
I_k/lwBD
思考练习题10 '><I|c}
@oKW$\
附录A随机变量 GHWt3K:*w
>Py :9~g,
A.1概率的定义和随机变量 0?,<7}"< X
M!R=&a=Z
A.2分布函数和密度函数 9ERyr1-u v
PRal>s&f
A.3推广到两个或多个联合随机变量 ls({{34NF
MX 7 Y1
A.4统计平均 l6T^e@*
vJj}$Al I
附录B随机过程 )k o[_OJj
2`^M OGYk
B.1随机过程的定义和描述 [Smqe>U 1
'ws@I?! r
B.2平稳性和遍历性 .k -!/ ^
hsAk7KC
参考文献 :JXGgl<y
l@:&0id4I
 bn:74,GeyK
<5!)5+G
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