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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。 tEvDAI} 5
)Yy5u'}
[attachment=99403] 7=^}{
t#|R"Q #
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 Ca5#'3Eh
P.@dB.Ny
1.1光的波粒二象性 (w)%2vZ^
=<3HOOC
1.1.1光波 qe{;EH*
~Jr'4%
1.1.2光子 T?m@`"L,
qi7 C.w;
1.2原子的能级和辐射跃迁 jaodcT0
v0oVbHO5<
1.2.1原子能级和简并度 o cW~I3
Iiq qdU]
1.2.2原子状态的标记 5%WAnh
l3>e-kP
1.2.3玻尔兹曼分布 x4c|/}\)*
b)Da6fp
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 #<b\B qYG
d=qVIpZ
1.3光的受激辐射 uK$ Xqo%L
qzbW0AM[M
1.3.1黑体热辐射 k+-?b(z)$
M- i3_H)
1.3.2光和物质的作用 ajk}&`Wj"
AZc= Bbh
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 *cXq=/s
^rO"U[T o
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 X/2GTU7?
5 ["3[h
1.4光谱线增宽 L7buY(F(
r/'!#7dLG-
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 `i
cs2po
1gkpK`u(B
1.4.2自然增宽 4x[_lsj
/7#e
1.4.3碰撞增宽 ]VKQm(,0
R)JH D7
1
1.4.4多普勒增宽 Hq:: F?
er7(Wph
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 GWuKDq
AJ EbiP
1.4.6综合增宽 x;yvv3-$
C}mhnU@
1.5激光形成的条件 !;|#=A9
mP
}<{oh`x
1.5.1介质中光的受激辐射放大 2H.g!( Oza
i,<'AL )
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 9&f+ I@K
Gh=I2GSo
思考练习题1 T(x@ gwc
[%bGs1U
第2章激光器的工作原理 AH&RabH2
r6uN6XCM
2.1光学谐振腔结构与稳定性 G4SA
u
Fnak:R0
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 u* 2?Gky
3#t#NW* e
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 P'tXG
C @<T(`o
2.1.3稳定图的应用 4Z%1eOR9V
bI:W4y>I=
2.2速率方程组与粒子数反转 tcXXo&ZS
o!+%|V8 Y
2.2.1三能级系统和四能级系统 $aJ6i7C,j}
,3_Sf ?
2.2.2速率方程组 8]`#ax
5
vq(#Ih2
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 a_P|KRl
/_m )D;!y
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 yYJ_;Va
Pp!4Ak4TT9
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 *1["x;A
<!>\
n\A
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 X$6NJ(2G
Rmmu#-{Y
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 9.\SeJ8c
1xS+r)_n@
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 Z
C01MDIY
P05`DX}r,
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 i#b /.oa
@6~lZgXOV[
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 Skci;4T(
I?g}q,!]
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 KHZ[drb6$
1-E6ACq
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 2k<#e 2
iS+"J sz
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 F|>
3gW
j3 6Y Iz$a
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 %k4Qx5`?d
Ga02Z k
2.5激光器的损耗与阈值条件 k)7i^ 1U
1Z c=QJw@
2.5.1激光器的损耗 7P3pjgh
<!RkkU&
6
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 R&(OWF;~,
ZH\t0YhrVe
2.5.3阈值条件 j
H2)8~P
&Iy5@8
2.5.4对介质能级选取的讨论 N8Rq7i3F?a
q zNb\y 9G
思考练习题2 |#o' =whTl
! 1I# L!9
第3章激光器的输出特性 ;=0mL,
G?$o+Y'F
3.1光学谐振腔的衍射理论 L>IP!.J]?
nm#23@uZ4K
3.1.1数学预备知识 hQx*#:ns
:'F,l:
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 5@>hjXi"Y
{7m2vv? Z
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 {rMf/ RAE
$,by!w'e:l
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 id9QfJ9t
;6PU
3.2对称共焦腔内外的光场分布 95#]6*#[4!
b>p_w%d[[J
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 9*s8%pL
=nCA=-Jv
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 DDR4h"Y
n(N u
3.3高斯光束的传播特性 El9T>!Z
]2f-oz*hU
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 3v_j*wy
c\o_U9=n
3.3.2高斯光束的相位分布 Yf9E0po
Wo&22,EB
3.3.3高斯光束的远场发散角 h?dSn:Y\?
MV$E_@pg
3.3.4高斯光束的高亮度 ]>)shH=Yx
^V; r
3.4稳定球面腔的光束传播特性 &q|vvF<G
k u m@cA
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 )x\%*ewY
tZ62T{, a
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 rR@]`@9
9{fP.ifdv7
3.5其他几种常用的激光光束 m33&obSP
iSf%N >y'K
3.5.1厄米-高斯光束 W gyRK2#!
@Un/,-ck
3.5.2拉盖尔-高斯光束 X ~VI} dJ
axC{azo|
3.5.3贝塞尔光束 -x6_HibbD
Q mSj6pB>
3.6激光器的输出功率 ;q-c[TZC
sT1OAK\^
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 4qDO(YWf
hd'QMr[;
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 ;C*2Djb*n
51eZf JB
3.7激光器的线宽极限
fIpS
P@$<
4S 4MQ
3.8激光光束质量的品质因子M2 Hz,Gn 9:p
= AaF$R
3.9模式激光的某些一阶统计性质 }*!L~B !
hb8oq3*x
3.9.1单模激光的一阶统计性质 4Wz1O$*
V#,|#2otZ
3.9.2多模激光的一阶统计性质 O cF_x/#
a+z>pV|
思考练习题3 r:o9:w:
W<&/5s
第4章激光的基本技术 xp:I(
TVvE0y(9
4.1激光器输出的选模 ).,twf58
!8| r$mN8
4.1.1激光单纵模的选取 .=}\yYGe
kPy7e~
4.1.2激光单横模的选取 4S>#>(n7=
?@x$ h
4.2激光器的稳频 [YlRz
]GRVU
4.2.1影响频率稳定的因素 u=@zYA(
EK>x \]O%T
4.2.2稳频方法概述 p?Ux1S
a m5;B`}q
4.2.3兰姆凹陷法稳频 FB ?V<x
;LC|1_ '
4.2.4饱和吸收法稳频 ]Y$Wv9 S6
'Sd+CXS
4.3激光束的变换 D3g5#.$,}>
of7'? ]w
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 BuM #& ]s
~^Al#@
4.3.2高斯光束的聚焦 -|#/KKF
\s8h.xjU
4.3.3高斯光束的准直 y<IHZq`C3
g; R
4.3.4激光的扩束 OFv-bb*YZ
%eHr^j~w$
4.4激光调制技术 r!{i2I |
p {qA%D
4.4.1激光调制的基本概念 v^/<2/E"?4
K7x;/O
4.4.2电光强度调制 NV{= tAR
\A!I ln
4.4.3电光相位调制 6U|"d[
l8Yr]oNkz
4.5激光偏转技术 S~z$ =IiB
-1d$w`
4.5.1机械偏转 Y/mf Bkh
xV`)?hEXFh
4.5.2电光偏转 _^eA1}3
!f!Y MpN
4.5.3声光偏转 &j'k9 C2p
~tN k\Kkv
4.6激光调Q技术 #EKnjh=Uq
p8 s%bPjK
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q [ D?xd/G
C_[
d
4.6.2调Q原理 ga1b%5]v.
H`3w=T+I
4.6.3电光调Q Ak`?,*L M
l) KN5V
4.6.4声光调Q 0^2e^q f
Zia6m[ ^Q
4.6.5染料调Q l~f9F`~'
s!I d55R]
4.7激光锁模技术 ~d3B VKP5
2mx }bj8
4.7.1锁模原理 E/% F0\B
)OlYz!#?
4.7.2主动锁模 |~Awm"
x1CMW`F
4.7.3被动锁模 JO87rG
u0u z~ s
思考练习题4 ,:81DA
)B @&q.2B=
第5章典型激光器介绍 2<2a3'pG
hg+;!|ha
5.1固体激光器 SN QLEe
Df1eHa5-7
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 <dk9n}y<,
<(qdxdUp
5.1.2固体激光器的泵浦系统 ov>`MCS,v
)pey7-P7g5
5.1.3固体激光器的输出特性 =Y3 d~~
Y(R],9h8
5.1.4新型固体激光器 DEv,!8
b DF_
5.2气体激光器 wp/x|AV
4x/u$Ixzh=
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 PO 2]x:
>R/^[([;]
5.2.2二氧化碳激光器 / #xYy^`
6& 9q6IIy
5.2.3Ar＋离子激光器 8H SGOs =8
6>EoU-YX}l
5.3染料激光器 `\-MpNw
j!"N Eh78H
5.3.1染料激光器的激发机理 RQn3y-N]
4MgG ]
5.3.2染料激光器的泵浦 k#@)gL
#|e5i9l*B
5.3.3染料激光器的调谐 69C
ss'
Ly/5" &HD
5.4半导体激光器 Od]wh
%A( hmC
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 yD ur9Qd6
o\y qf:V8
5.4.2PN结和粒子数反转 jmnrpXaAx
X`daa G_l
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 |1 LKdP
>LB x\/
5.4.4同质结和异质结半导体激光器
ZW8;?# _
CwfGp[|}e
5.5其他激光器 gem+$TFq
-(.\> F
5.5.1准分子激光器 <=~'Pd-f(
M Xl!
5.5.2自由电子激光器 `JG7Pl/ih
O`(it %Ho!
5.5.3化学激光器 '#8;bU
5 s2/YG=
思考练习题5 'P)[=+O ?t
$U5$*R@jo[
第6章激光在精密测量中的应用 P~*v}A
l' Z `%}R
6.1激光干涉测长 2HvzMo-4
CW#$ %
6.1.1干涉测长的基本原理 2$QuR~
0 :1ldU
4
6.1.2激光干涉测长系统的组成 6I\mhw!pQ
\U'TL_Ql
6.1.3激光外差干涉测长技术 }=."X8zOI8
| teDe6 \m
6.1.4激光干涉测长应用举例 4K*DEVS
S{ !m})1?
6.2激光衍射测量 ;]h:63 S
nnO@$T
6.2.1激光衍射测量原理 Tn3f 5ka'
I *)eP||
6.2.2激光衍射测量的方法 Z})n%l8J]p
Kx[z7]1@
6.2.3激光衍射测量的应用 lf9_!`DGV
GB_ m&t
6.3激光测距 u d.Bzg:/
o Wc
+i U(
6.3.1激光脉冲测距 #3u471bp
pNzGpCk
6.3.2激光相位测距 :WnXoL
C(*)7|
m
6.4激光准直及多自由度测量 IyA8+N
y
=8fZG
t
6.4.1激光准直仪 8 M'6Kcr
&gR)bNIC_=
6.4.2激光衍射准直仪 w]0jq
U6
\ow0Y >
6.4.3激光多自由度测量 Q,`Y
+#<"o#gZ
6.5激光多普勒测速 =<[ZFO~v
Q-N.23\1
6.5.1运动微粒散射光的频率 Cx/duod p
57b;{kl
6.5.2差频法测速 T {lJ[M
v)2@;Q
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 7e"(]NC84
gB@Wv9 1
6.6环形激光测量角度和角加速度 %rRpUrnm
Fk,3th
6.6.1环形激光精密测角 h(G(U_V-Od
t hDE
1h
6.6.2光纤陀螺 O_PC/=m1@
n1W}h@>8
6.7激光环境计量 p8^^Pva/
jr:LL n#}
6.8激光散射板干涉仪 U-s6h;^ O
n%<.,(.(S
思考练习题6 7_/.a9$G
wEMUr0Hq
第7章激光加工技术 i9M6%R1m}E
uS|Zkuk[!
7.1激光热加工原理 E|Grk
}H ,A
T
7.2激光表面改性技术
t 5N4d
%] Nz54!
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 8 LwbOR"
s}9aZ
7.2.2激光表面熔凝技术 _bks*.9}3b
Xfs Cu>
7.2.3激光熔覆技术 Qg
_ ?..%
D\V}Eo';6
7.3激光去除材料技术 ^?xXP =/
"5jZS6A]
7.3.1激光打孔 j4}aK2[<
dYV)lMJ*
7.3.2激光切割 e:V,>RbC0s
$@&bK2@.(
7.4激光焊接 |#2<4sd
HKcipDW
7.4.1激光热导焊 SqTm/ t
6^: l
7.4.2激光深熔焊 iQGoy@<R
ypd
7.4.3激光复合焊 SKfv.9
IB*%PM TF
7.5激光快速成型技术 Y9w= [[1
Da@ tpKU)p
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 d$2{_6
PUYo >eB)0
7.5.2激光快速成型技术 KuI>:i;
dadMwe_l0
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 $oua]8!
!s)$_tG
7.6其他激光加工技术 aQ~x$T|
b]g.>$[nX
7.6.1激光清洗技术 {G{@bUG]p
Zz3#Kt5t3
7.6.2激光弯曲 t=e0z^2i+
dna f>G3
思考练习题7 7T2W% JT-,
gCm?nb)
第8章激光在医学中的应用 UZAWh R
[
$"iO#oO
8.1激光与生物体的相互作用 &'](T9kg=
l9L;Tjj
8.1.1生物体的光学特性 !eTS PM
G#*!)#M <
8.1.2激光对生物体的作用 0'~b<>G%
Uq+
_#{2(
8.1.3激光对生物体应用的优点 YI|G pq
X%F9 .<4
8.2激光在临床治疗中的应用 s]& y\Z
D&^ :hs@
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 \S@A
/t6pa
D!sSe|sL^
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 Cg|uHI*
Q.]
)yqX6
8.2.3激光在眼科中的应用 !S-hv1bE
&sNID4FR
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 jI V? p
pnG8c<
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 y;>I'e
S BoF (0<
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 X}=f{/\S
~R8yj(
8.2.7光动力学治疗 A_fU7'B
[uY 2 N h
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 #<e7 Y0
>>8w(PdTn%
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 JS:lysu
H'`(|$:|
8.3.2激光断层摄影 H.mG0x`M"E
A-u5
8.3.3激光显微镜 0X-2).n u
)/AvWDK vO
8.4医用激光设备 &sgw Y
prs<ZxbQb
8.4.1医用激光光源 iHn]yv3
#
N9PM.nbd%
8.4.2医用激光传播用光纤 <khAc1"
C r%r<*s
8.5激光应用于医学的未来 >PVi 3S
*Kkw ,qp/
8.5.1医用激光新技术 11T\2&Q
M !l5,ycF
8.5.2光动力学治疗的前景 8} k,!R[J
R "o,m
思考练习题8 15:@pq\
ko>_@]Jb
第9章激光在信息技术中的应用 7qz-RF#s8
wg.fo:Q
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 n1 >nnH]G
')-(N
um
9.1.1半导体激光器 ` W>B8
I yN9
+
9.1.2光纤激光器 \>`$x:
!q\w"p0X
9.1.3光放大器 d@4!^vD;
9y*! W
9.2激光全息三维显示 JJ0
CM:xe
F\rSYjMyk
9.2.1全息术的历史回顾 B[B<U~I}
~&3"Mi&>`
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 `UK+[`E
hb8XBBKR
9.2.3白光再现的全息三维显示 =hOa
0X=
I<K/d
9.2.4计算全息图 )o</gt )
2rtP.*dd
9.2.5数字全息术 :fVMM7
/j/%w T2m
9.2.6全息三维显示的优点 ~+ wa mX3
7U`S9DDwq
9.2.7全息三维显示的应用 ,HkhK bQ
o=#
[^Zv
9.2.8全息三维显示技术的展望
Z:J.FI@
tB =D&L3
9.3激光存储技术 Q ] 5^Eiq8
QU!'W&F6
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 ,wi=!KzX
Zt2@?w;
9.3.2激光光盘存储 _xg VuJ
lO:{ tV
9.3.3激光体全息光存储 ~y H>Ko9F}
-yQ\3wli`
9.3.4激光存储技术的新进展 &qP-x98E?
L(n/uQ
:
9.4激光扫描和激光打印机 {3(.c, q@
uBq3.+,x*
9.4.1激光扫描 h4\ 6h
'b?.\Bm;
9.4.2激光打印机 dX@A%6#?
H. .Zv Gu
9.5量子光通信中的激光源 ?g;ZbD
SKpPR;=q|:
9.5.1量子光通信 Wejwj/EU%
Y0B1xL@
9.5.2量子态发生器及应用 4<Sa,~4
[&q bc#L
思考练习题9
2ZG1n#
MhI)7jj`mt
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 /4
LR0`A'
RY ZE*lWUh
10.1激光核聚变 n?LIphc\
OW^2S_H5
10.1.1受控核聚变 Sj{ia2AE_
P b8Z))9j
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 y b4tJu$
VHT@s7u0"
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 &u1g7#
#
)Bn>/ -
10.2激光冷却 xOL)Pjo /m
CC>fm 1#i\
10.3激光操纵微粒 uB <F.!3
4,U}Am1Q
10.3.1光捕获 ljJz#+H2_
xeHb89GnoQ
10.3.2微粒操纵 ytve1<.Ff
GX@W"y
10.4超越经典衍射极限的分辨率 Y
<Znv% M
) jk1S
10.4.1解析延拓 u.kYp
q^N0abzgP
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 B8 0odU&
B8UZ9I$n
10.4.3傅里叶叠层算法 Itr7lv'5xx
-H4+ur JJ
10.4.4相干谱复用 )t,{YGY#
:G`L3E&1s
10.4.5非相干结构光照明成像 >I d!I
NY jS
10.4.6超分辨荧光显微镜 nQ642i%RQ
=F'M~3M
10.5激光光谱学 :6W^ S/pf
XD^ dlL
10.5.1拉曼光谱 g8,?S6\nMz
X 7H'Uk9:
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 8Z
dUPW\e
}. xrJ52Tz
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 >:jM}*dnL
z+k=|RMau
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 v\ %B
/bmXDDYH4
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 MyH[v E^b
ut$,?k!M
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 d@4rD}_Z
>I4 p9y(u
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 ~{4n}*
m
Ztv 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 q]eFd6
tyEPU^PM
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 gMs+?SNHAh
2~!R*i
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 4mN].X[,
Zk=*7?!!
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 ?< cM^$lI>
%kh#{*q$
思考练习题10 ]cm6 |`pz
V#0
dGP -Z
附录A随机变量 < vB<`
`Kp FH.k.K
A.1概率的定义和随机变量 dGW {l]N
7G5y)Qb
A.2分布函数和密度函数 y=AsgJ
;} l T
A.3推广到两个或多个联合随机变量 |h&<_9
(j' {~FB
A.4统计平均 <S1??
/! GKh5|
附录B随机过程 KD% TxK
i;o}o *=
B.1随机过程的定义和描述 E *F*nd]K
B .$PhmCG
B.2平稳性和遍历性 LY]nl3{E
VF)uu[
f9
参考文献 J["H[T*
DY9fF4[9a
 . yZm^&
[X,A'Q
（实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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