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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。 ( Y
r< DPh5ReY
[attachment=99403] cvjZ$Fcc%(
EfX,0Nq T
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 9T<k|b[ 6
FaKZ|~Y
e
1.1光的波粒二象性 +9. GNu
*` t3z-L
1.1.1光波 -gv[u ,R
.i1|U8" X
1.1.2光子 5YXMnYt9
+^[SXI^JaJ
1.2原子的能级和辐射跃迁 &
z5:v-G?
yp< )v(8|'
1.2.1原子能级和简并度 ob9=/ R?i
>KJE *X@s
1.2.2原子状态的标记 )IKqO:@
UGP&&A#T-
1.2.3玻尔兹曼分布 07> D G#
"j=E8Dd}
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 w=[ITQ|W%
'K| F{K
1.3光的受激辐射 5IbCE.>iU
L8KaK
1.3.1黑体热辐射
y/"CWD/ i
VgS2_TU
1.3.2光和物质的作用 J4?SC+\
,W>-MPJn[8
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 SGpe \P ]k
}'h\; 8y
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 Q>TNzh
d26#0Gt-4i
1.4光谱线增宽 Gg%pU +'T
J!yK/*sO,
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 2 nSK}q
g>{t>B%v^K
1.4.2自然增宽 z\Z +>A
jgBJs^JgYG
1.4.3碰撞增宽 qKs"L^b
(i-L:
1.4.4多普勒增宽 bUc ++M
o)H|
#9h5
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 NFI~vkk'G
ucUu hS5
1.4.6综合增宽 ;ih;8
!ozHS_
1.5激光形成的条件 E>F6!qYm
R[H#a v
1.5.1介质中光的受激辐射放大 ?]>;Wr
)a$sx}
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 m
[BV{25
ngzQVaB9
思考练习题1 `-5gsJ
~jJ e|zg>
第2章激光器的工作原理 KD'}9{F,
3H%bbFy
2.1光学谐振腔结构与稳定性 TtgsM}Fm
;s5JYR
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 ZsGJ[
\$,8aRT>#U
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ;B;wU.Y"
Z;6?,5OSc
2.1.3稳定图的应用 #YSFiy:+r_
r `PD}6\
2.2速率方程组与粒子数反转 T|uG1
#W/ATsDt
2.2.1三能级系统和四能级系统 "}:SXAZ5`
>eX 9dA3X
2.2.2速率方程组 AdRK )L
B8zc#0!1
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 }q:4Zh'l!
c`7 dNx
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 {ApjOIxk
_] us1
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 l)Mi?B~N
O66b^*=N}x
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 ,6x>gcR
;;Jx1Q
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
z!)@` ?
5PE}3he:
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 aX.//T:':?
`Cz_^>]|=
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 ,m5tO
R HmT$^=
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 n"nfEA3{`
HaQox.v%
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 P3 TM5
6Z{(.' Be
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 RT[ E$H
ZN!<!"~
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 'v5q/l
yE R
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 0Q[;{}W}
]qiX"<s>~C
2.5激光器的损耗与阈值条件 i ~rb-~o
p+${_w>pl{
2.5.1激光器的损耗 FPu$N d&\
X5=I{ eY}
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 p,7?rI\ N
}w{E< C(M
2.5.3阈值条件 .L.9e#?3
lF\2a&YRbn
2.5.4对介质能级选取的讨论 G}@a]EGm
TpxAp', #7
思考练习题2 Ij:yTu
6u{%jSA>D\
第3章激光器的输出特性 Ka$lNL3<j
NdC5w-W Y
3.1光学谐振腔的衍射理论 &5hs
W1`
)QI#szv6
3.1.1数学预备知识 mBQpf/PG
]^<\ a=U
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 c~!ETwpHQ
L) ,bP fz
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 M0%nGpVj>
& 5QvUn
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 wqg Ks=y
Q |G|5X
3.2对称共焦腔内外的光场分布 /`j2% 8^N
_.SpU`>/f
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 J I /iq
:)%cL8Nz]$
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 W?n/>DML
kA9 k^uR/
3.3高斯光束的传播特性 zO0K*s.yK
#p-\Y7f
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 gOy{ RE
+R"n_6N
3.3.2高斯光束的相位分布 BJ{?S{"6%G
l)V646-O,~
3.3.3高斯光束的远场发散角 *E-MJCv
u/FC\xJc
3.3.4高斯光束的高亮度 w{GEW D{&
V OT9cP^6
3.4稳定球面腔的光束传播特性 co' qVsOiH
olK*uD'`
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 !(y(6u#
ovaX_d)cU
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 ,Bj]j -\Y
=nlj|S ~3
3.5其他几种常用的激光光束 /'^ BH A|h
/f hS#+V*
3.5.1厄米-高斯光束 W >| '4y)
7**zO3
H
3.5.2拉盖尔-高斯光束 n ;y[%H!g
S KGnx
3.5.3贝塞尔光束 kH=qJ3Z
] (`:<>c
3.6激光器的输出功率 ;HiaX<O!
r>G||/Z
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 BL%3[JQ
zR?1iV.]
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 qJw \<7m
%cASk>^i
3.7激光器的线宽极限 tZ:fOM
s:I 8~Cc
3.8激光光束质量的品质因子M2 GE\({V.W
]N Kz5[9D
3.9模式激光的某些一阶统计性质 1 K]
;|f]e /El
3.9.1单模激光的一阶统计性质 \!k\%j 9
#q8/=,3EG
3.9.2多模激光的一阶统计性质 J~ wu* x
4}] In/yA
思考练习题3 !ED,'d%J
Ld=6'C8ud
第4章激光的基本技术 (V" 7H
1"T&B0G3l
4.1激光器输出的选模 ?XVox*6K&
UN:cRH{?*
4.1.1激光单纵模的选取 ~xc 0Ky?8
S(: |S (
4.1.2激光单横模的选取 b )T6%2
Gz7,g
Y
4.2激光器的稳频 fLV@~T|
iu{QHjZK(
4.2.1影响频率稳定的因素 RI BB*
d!"gb ,ec
4.2.2稳频方法概述 lT'V=,Y
t
u3HaWf3
4.2.3兰姆凹陷法稳频 $[ b1_Db
OGW0lnQ/
4.2.4饱和吸收法稳频 !@> :k3DC&
X$ A ]7t
4.3激光束的变换 #vTF:r
g 5
y*-t
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 'f6!a5q C
Ex{;&UWm
4.3.2高斯光束的聚焦 e{.P2rnh
SnoEi~Da
4.3.3高斯光束的准直 8,:lw3x1
VC^QCuSq
4.3.4激光的扩束 IOl0=+p
A$TF a:O|
4.4激光调制技术 <p[RhP
@! jpJ}
4.4.1激光调制的基本概念 "p&4Sn3T2?
+lJD7=%K]Z
4.4.2电光强度调制 UQjZhH
z{qn|# }
4.4.3电光相位调制 %i&\ X[
MA v-#
4.5激光偏转技术 ,k m`-6.2?
3.%jet1
4.5.1机械偏转 ~P9 ^4
bbWW|PtWwP
4.5.2电光偏转 l+?sR<e?!
7[8d-Sf24{
4.5.3声光偏转 >P2 QL>P
dVBr-+
4.6激光调Q技术 r4 ;nkx
#}8gHI-9%
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q Tg v]30F)
S?Uvt?
4.6.2调Q原理 j7C&&G q
QB7^8O!<
4.6.3电光调Q a<Ps6'
-J++b2R\%
4.6.4声光调Q 9bD ER
kk
aS&r>
4.6.5染料调Q ))uki*UNK
%UCu I9
4.7激光锁模技术 Mey=%Fv
<:~'s]`zf
4.7.1锁模原理 E D_J8 +
Xyw;Nh!!d
4.7.2主动锁模 E\~!E20^
=z2g}X
4.7.3被动锁模 }vQ Y+O
3 yM!BTl X
思考练习题4 !:| D[1m
:UDe\zcd "
第5章典型激光器介绍 y?V#LW[^E
m # I
5.1固体激光器 QBTjiaYGa'
X6o
iOs
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 [ 1.>9ngj
4+a u6ABy
5.1.2固体激光器的泵浦系统 {I QCA-AI
2@pEuB3$?!
5.1.3固体激光器的输出特性
Tv~Ys #
3 HB(rTw
5.1.4新型固体激光器 uJ%XF*> _D
qF4pTQf
5.2气体激光器 6s&%~6J,
p}k\l dmh{
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 (\$=+' hy
l1}HJmom
5.2.2二氧化碳激光器 4CioVQdj
/PtmJ2 [
5.2.3Ar＋离子激光器 YN5p@b=FX
Kv6#WN~
5.3染料激光器 Z~ {[YsG
Xq.G vZS`
5.3.1染料激光器的激发机理 c"CF&vTp
7a'@NgiGg
5.3.2染料激光器的泵浦 RyN?Sn5)
0D_{LBO6LU
5.3.3染料激光器的调谐 y
;T=u(}
k[;(@e@c
5.4半导体激光器 ~b SjZ1`
)\0LxsZ
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 ewzZb*\
Z<6F q*I
5.4.2PN结和粒子数反转 #kL4Rm;
t[?O*>
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 <LOas$
`1)n2<B
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 )l*6zn` z
zrCQEQq
5.5其他激光器 +#0,2 wR#
wMru9zyI
5.5.1准分子激光器 WG.J-2#3
\j3XT}
5.5.2自由电子激光器 :ODG]-QF
'G d s?o8
5.5.3化学激光器 L# NW<T
Dh{sVR A
思考练习题5 p}R3 A J
] {'lV~fc
第6章激光在精密测量中的应用 !)TO2?,^
a76 `"(W
6.1激光干涉测长 :6X?EbXhK
7Yd]#K{$
6.1.1干涉测长的基本原理 f8?c[%br
\%011I4
6.1.2激光干涉测长系统的组成 # ~T
K C|G
%O_Ed
{G4t
6.1.3激光外差干涉测长技术 A/{0J\pA
)rFcfS+/
6.1.4激光干涉测长应用举例
[EU \-
mBZg(TY
6.2激光衍射测量 Ik74%x7G`
YXWlg %s
6.2.1激光衍射测量原理 -?&s6XA%#
X:Z*7P/
6.2.2激光衍射测量的方法 m^Xq<`e"<
O*zF` 9
6.2.3激光衍射测量的应用 4P\?vz"
-THU5AB
6.3激光测距 1P+Te,I
Swg%[r=p=
6.3.1激光脉冲测距 "G3zl{?GP
lwuslt*E/
6.3.2激光相位测距 ^`XTs!.
O'}
% Bjl
6.4激光准直及多自由度测量 H%AC * ,
zL,B?
6.4.1激光准直仪 17{$D , P
($ l
t@j
6.4.2激光衍射准直仪 )0 W-S9e<
,>Lj>g{~
6.4.3激光多自由度测量 4BgrG[l)
Z hpbbS
6.5激光多普勒测速 nY[]k p@
8bIwRVA2\
6.5.1运动微粒散射光的频率 M;Dk$B{;R
iCrLZ" $M
6.5.2差频法测速 %+,7=Wt-
B Ctm05
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 \P` mV9P
+`)4j x)r/
6.6环形激光测量角度和角加速度 AT%@T|
H*]B7?S
6.6.1环形激光精密测角 NlnmeTL O5
56
ra ZC
6.6.2光纤陀螺 )D1=jD(
vtS [Tkk|A
6.7激光环境计量 sjISVJ?
?Q XS?
6.8激光散射板干涉仪 T@ecWRro
X^;Li wQv
思考练习题6 WKB8k-.]ww
xJ(4RaP
第7章激光加工技术 09psqXU@I
sC=fXCGW\p
7.1激光热加工原理 Y79{v nlGk
v3vQfcxR
7.2激光表面改性技术 tb@&!a$`?
$ stB B
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 iEJY[P1
JNYFu0
7.2.2激光表面熔凝技术 aF~ 0\XC
},G>+ s8h
7.2.3激光熔覆技术 C=z7Gk=
j\ Z/R1RcW
7.3激光去除材料技术 9<ev]XaS l
uS% Y$v
7.3.1激光打孔 !}gC0dJ
-%*w& ',G
7.3.2激光切割 w9J^s<e
-8]M
,,?
7.4激光焊接 `f9I#B
@+3@Z?!SZ
7.4.1激光热导焊 LS= HX~5C
)Bq~1M 2
7.4.2激光深熔焊 '<35X jW
UaQR0,#0y
7.4.3激光复合焊 f.4 m6"1
Gg3cY{7
7.5激光快速成型技术 #$GDKK
FYe(S V(9
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 Ris5) *7
nM)q;9-ni
7.5.2激光快速成型技术 _p~lL<q-K[
%S<0l@=5`l
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 x-:a5Kz!
PV*U4aP
7.6其他激光加工技术 )9L:^i6
)K4A-9p C
7.6.1激光清洗技术 -}B&> w,5
*[(}rpp M
7.6.2激光弯曲 i5>]$j1/
L %[om c?
思考练习题7 @@,l0/
]0VjVU-
第8章激光在医学中的应用 _dT,%q
>^8=_i !
8.1激光与生物体的相互作用 ctv =8SFv(
b|cUKsL5
8.1.1生物体的光学特性 f\ wP}c'
p#~Dq(Q
8.1.2激光对生物体的作用 nQ0g,'o
_oB!-#
8.1.3激光对生物体应用的优点 ccUq! 1
uIG,2 u,
8.2激光在临床治疗中的应用 Wgt[ACioN
pV>M, f
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 h|_E>6d)
/mb ?C/ CI
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 <Ct b^4$
GgoPwl#{
8.2.3激光在眼科中的应用 0i[,`>-Av
=kp-[7
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 R89 ;<,Ie
*Txt`z[|
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 !+;'kI2
~ >af"<
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 bp06xHMu
q 1Ja*=r
8.2.7光动力学治疗 : GZx-
$nB4Ie!WcR
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 H1]An'qz,
< p<J;@
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Pa .D+
vjy 5 9m
8.3.2激光断层摄影 hJavi>374
##gq{hgjb$
8.3.3激光显微镜 3|=9aM^ x^
vI< n~FHt
8.4医用激光设备 V^a] @GK:
}n+#o!uEf
8.4.1医用激光光源
v ZHm'
`u%`N j
8.4.2医用激光传播用光纤 S H" e x,=
STDT]3.
8.5激光应用于医学的未来 B 4pJg
wHSa s[ 4k
8.5.1医用激光新技术 v !~lVv&
1 m)WM,L
8.5.2光动力学治疗的前景 pDGX$1O"
G@Z,Hbgm
思考练习题8 jG"n);WF
rkF]Q_'`t;
第9章激光在信息技术中的应用 Cv@ZzILyoK
K, 7IBv,B[
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 $
e<&7
A4lh`n5%
9.1.1半导体激光器 O1+ 2Z\F
q[l!kC+Eh
9.1.2光纤激光器 sb"etc`w%-
K5O8G
9.1.3光放大器 $"z|^ze
8+ P)V4}
9.2激光全息三维显示 }<y-`WB
teO%w9ByY
9.2.1全息术的历史回顾 (^fiw%#
czM Thm
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 3g !tk9InG
_~?N3G
9.2.3白光再现的全息三维显示 FL}k0
R f)lFi
9.2.4计算全息图 0Q^a*7w`8a
otQulL)T/
9.2.5数字全息术 j]uL 9\>
C ?v_ig
9.2.6全息三维显示的优点 7B@[`>5?%L
&F4khga`^:
9.2.7全息三维显示的应用 Pqe{ C?7B
ZJCD)?]=3
9.2.8全息三维显示技术的展望 p IKQx5;
gxry?':
9.3激光存储技术 HmWU;9Vn+
S2/6VoGE
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 0/7y&-/(
Algk4zfK2,
9.3.2激光光盘存储 =+K2`=y;WF
ykY#Y} ?^
9.3.3激光体全息光存储 dd+[FU
1&S34wJF
9.3.4激光存储技术的新进展 >'>onAIL
7X \azL
9.4激光扫描和激光打印机 qJY'"_Q{
Lq#>N_72W0
9.4.1激光扫描 E'|@hL-jn
|P{K\;-
9.4.2激光打印机 ~&>|u5C*@
f9A^0A?c
9.5量子光通信中的激光源 9,h'cf`F
FyZp,uD
9.5.1量子光通信 bVE t?E*+
o)_;cCr)q
9.5.2量子态发生器及应用 9 |Z25_sS
Ep/ kb-~-
思考练习题9 9$-V/7@)
8*sZ/N.
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 y'ZRoakz)
h^{D "
10.1激光核聚变 {fi:]|<1h
$tGk,. #j
10.1.1受控核聚变 T v d=EO
bERYC |
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 ^j "*-) R
Q fI =
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 |Qq_;x]
pNY+ E5
10.2激光冷却 lM1Y }
}R.<\
10.3激光操纵微粒 -"u9s[L{
giU6f!%
10.3.1光捕获 "x S?#^a
Jf<+VJ>t
10.3.2微粒操纵 ~~h@(2/Q>x
B>dXyo
10.4超越经典衍射极限的分辨率 O2[uN@nY
Rk #@{_
10.4.1解析延拓 (+' *_
[[{y?-U
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 XWQp-H.
uj@r v&
10.4.3傅里叶叠层算法 ^rd] qii"
1 : I47/
10.4.4相干谱复用 ]AlRu(
i#$N,kt
10.4.5非相干结构光照明成像 n !ty \E
a~b^`ykcWP
10.4.6超分辨荧光显微镜 6 /T_+ K.k
-\mbrbG9H
10.5激光光谱学 V\nQHzjF<6
XP
Nk #"
10.5.1拉曼光谱 S<Zb>9pl
jPG&Ypm1
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 `@MY}/
o.
vas
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 ZU %7m_ zO
^+CTv
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 4zyy
H]a ; <V9[
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 <&3qFK*9r
wy3{>A Z(
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 )M5:aSRz
Gq4~9Tm)*
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 ~ 2Jvb[IM
> <WR]`G
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 a%2r]:?^?
/p| ]*={
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 +'qzk>B
m09
Bds
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 .@{W6
/I
yw'b^D/
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 v %t "N
!@E=\Sm8EV
思考练习题10 mgeNH~%m@*
~Ein)5
附录A随机变量 Bor _Kib
A!}Wpw%(/
A.1概率的定义和随机变量 #7OUqp
o ~"?K 2@T
A.2分布函数和密度函数 6yZfV 7I
xmz83Ll9
A.3推广到两个或多个联合随机变量 Q5'DV!0aSv
N NC@?A7
A.4统计平均 >U @7xeK
^`
N+mlh
附录B随机过程 N_TWT&o4
/YYI
4
B.1随机过程的定义和描述 (hTe53d<S?
Y2i:ZP
B.2平稳性和遍历性 aML?$_6
Y >z~0$
参考文献 F )4Y;;#
r=[T5,L(s
 :AYp{"{
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