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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。 J2Y 3e r
o>$|SU!a
[attachment=99403] rkP4<E-M
V[To,f
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 D;J|eC>^
ha ik
1.1光的波粒二象性 0JrK/Ma3
l92 !2$]b
1.1.1光波 @?j@yRe
t0I>5#*WU
1.1.2光子 5@CpP-W#
sOjF?bCdO
1.2原子的能级和辐射跃迁 GW:\l~ d
]zy~@,\
1.2.1原子能级和简并度 a5>)?m
`Q+ i-y
1.2.2原子状态的标记 qYDj*wqf
n8
G F8a
1.2.3玻尔兹曼分布 a$laRtId7
olHH9R9:
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 L F8Pb;I
h<Jc;ht
1.3光的受激辐射 nP5d?
P7cg e
1.3.1黑体热辐射 K:Mujx:
d"LoK,p#
1.3.2光和物质的作用 n=;';(wR[
Ny]'RS-
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 V> 1D1
0I(udd G3
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 3"f)*w7d
rL.<Z@ -
1.4光谱线增宽 p6B .s_G4
#:
dR^zr<
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 :,urb*
&S9f#Ui
1.4.2自然增宽 g?w2J6Z.`J
xYT#!K1*
1.4.3碰撞增宽 wxH (&CB-{
ev)rOcOU
1.4.4多普勒增宽 ]u\ `
u-8X$aJ
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 97['VOh0
z"G`o"4
V
1.4.6综合增宽 E_ o{c5N
M@',3
1.5激光形成的条件 "
whO}
iMP*]K-O
1.5.1介质中光的受激辐射放大 L$oia)%t-
~ uP
r]#
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 Y\+(r C27
?7fQ1/emhO
思考练习题1 [K"U_b}w
.Z(S4wV
第2章激光器的工作原理 {m?K2]](
zz7Y/653
2.1光学谐振腔结构与稳定性
<^H1)=tlF
q[PD
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 @Fm{6^
>reaIBT
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 Qs}/x[I
t(Q&H!~e
2.1.3稳定图的应用 %igFHh?
N/`TrWVF
2.2速率方程组与粒子数反转 FY x `o\
Pg!;o=
{ M
2.2.1三能级系统和四能级系统 KdB q@
I_"Hg x<
2.2.2速率方程组 ]Ssw32yn
3s+<
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 }}4 sh5z
u7<qaOzs?
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 vF*^xhh
.IW_DM-
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 l|R<F;|
fD3jwPL
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 >|UrxJ7
}[=xe(4]D
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 78^U gO/
#{)r*"%
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 J1gEjd
E3FW*UNg[y
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 &;~2sEo,
'[M^f+H|
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 ok K/i
q 2_N90u
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 o+"0. B
y(bt56 |
z
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 `u M0,Z
] dm1Qm
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 ?d>P+).
3$96+A^M *
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 P/C+L[X=
oPBg+ Bh*
2.5激光器的损耗与阈值条件 + qh <
Fj>
]]h:#A2
2.5.1激光器的损耗 -$L],q_S^
LEn=dU
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 P*0n T
!ho5V A t
2.5.3阈值条件 < y\
Z#z
OUI Ugej
2.5.4对介质能级选取的讨论 M3jv aI
P- `~]]
思考练习题2 ; mo\ yW1
xZ S \#{
第3章激光器的输出特性 @qO8Jg"Q
R[>;_}5">
3.1光学谐振腔的衍射理论 MW",r;l<aM
+LI*!(T|lm
3.1.1数学预备知识 n ]6
0
R + kZLOE
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 w.T=Lzp
+GYI 2
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 LrM.wr zI/
~J. Fl[
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 uJ)=+Exii
SILvqm
3.2对称共焦腔内外的光场分布 \: _.N8"
z[|PsC3i:
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 S$lmEJ_
g+KzlS[6
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 k+q6U[ce
]\D6;E8P-~
3.3高斯光束的传播特性 YPff)0N h
CSX $Pk*
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 R26tQ bwE
)QSt7g|OF
3.3.2高斯光束的相位分布 x@ s`;qz
~0^,L3M
3.3.3高斯光束的远场发散角 Z1V'NJI+
SJ~I
r #
3.3.4高斯光束的高亮度 d*\C^:Z
!k>H e*M}P
3.4稳定球面腔的光束传播特性 EYx2IJ
U3 8wGSG
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 YqY6\ mo
Am0.c0h
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 \'LC C-
oRbYna?J
3.5其他几种常用的激光光束 7 NB"oU^h%
3@cJ=
3.5.1厄米-高斯光束 *liPJ29C[
:UhFou_D4l
3.5.2拉盖尔-高斯光束 +}-W.H%` 0
zIQc#F6\5
3.5.3贝塞尔光束 mN'9|`>V>
u<y\iZ[
3.6激光器的输出功率 |phWK^
rIFC#Jd/
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 ^<
/vbF
GY$?^&OO>
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 <]e;tF)+
m a-Y'
3.7激光器的线宽极限 ,^IZ[D>u)
_g`0td>N
3.8激光光束质量的品质因子M2 RBD 7mpd
4 TQISu)
3.9模式激光的某些一阶统计性质 (z1%lZ}(
][5p.owJse
3.9.1单模激光的一阶统计性质 *1)NABp6D
/ ?[g B: s
3.9.2多模激光的一阶统计性质 n p\Q&
HToN+z%w3H
思考练习题3 W7[ S7kd
mV(x&`Cx
第4章激光的基本技术 JdY F&~
3F'dT[;
4.1激光器输出的选模 @[b:([
MqBATW.pmJ
4.1.1激光单纵模的选取 D_ZBx+/_?
h7]]F{r5
4.1.2激光单横模的选取 <[5$ {)
oplA'Jgnv
4.2激光器的稳频 So 6cm|{
J x9%8Ek
4.2.1影响频率稳定的因素 Y 6Qb_X:
3N%Ev o
4.2.2稳频方法概述 5GFnfc}
~M^7qO
4.2.3兰姆凹陷法稳频 Q
fyERa\rb
<$ZT]p T
4.2.4饱和吸收法稳频 *4^]?Y\*
2[YD&
4.3激光束的变换 T\s#-f[x
+\Mm
(Nd
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 H$z+g bjJ
pbvEIa-Y4
4.3.2高斯光束的聚焦 !>@V#I
IIn\{*|mW
4.3.3高斯光束的准直 ~ kJpB t7M
'C>S yU
4.3.4激光的扩束 RH4n0 =2
[k=9 +0p
4.4激光调制技术 eC`f8=V
F}.TT =((8
4.4.1激光调制的基本概念 6Vzc:8o>
f vM3.P
4.4.2电光强度调制 lKwT5ma7
`6sQlCOnF
4.4.3电光相位调制 ![!b^: f
KJC9^BAr
4.5激光偏转技术 K cdd=2 [T
d1La7|43u
4.5.1机械偏转 I^Jp
)k*z
wEc5{ b5M
4.5.2电光偏转 vEp8Hc
KR(ftG'
4.5.3声光偏转 c@B%`6kF
=<h=">}5'
4.6激光调Q技术 9S1V! Jp
o5 x^ " #
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q L Hz<=]?@
)-"L4TC)
4.6.2调Q原理 }t-|^mY>
+i!M[
4.6.3电光调Q ujqktrhuLb
uWj-tzu
4.6.4声光调Q H&IP>8Dk
2^ M+s\p
4.6.5染料调Q :|N bk58
^Jc0c)*
4.7激光锁模技术 ;l?(VqX_E
&.4_4"l(
4.7.1锁模原理 2`U&,,-Mf
u.Yb#?
4.7.2主动锁模 1 AV1W_"
/iuNdh
4.7.3被动锁模
bK1`a{
(U T*T
思考练习题4 {*$J&{6V
p&l :937
第5章典型激光器介绍 R_&z2 I
g|_*(=Q
5.1固体激光器 }0>/G?2Yp
/n7,B}
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 Jz0S2&
Tic9r i
5.1.2固体激光器的泵浦系统 O^% ace1
+= ~}PF
5.1.3固体激光器的输出特性 i}"JCq o2
hzo,.hS's
5.1.4新型固体激光器 (Fd4Gw<sq
uhLm yK
5.2气体激光器 E_rC"_Zte
/n:fxdhe
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 #8OqX*/
L-$g & -
5.2.2二氧化碳激光器 ?EAqv]
k>hZ
5.2.3Ar＋离子激光器 R7E"7"M10
}TvAjLIS6
5.3染料激光器 hDM p^^$
5xUPqW%3
5.3.1染料激光器的激发机理 K$]B"
s
9E?>B3t^
5.3.2染料激光器的泵浦 * ?fBmq[j
9V\`{(R
5.3.3染料激光器的调谐 iNSJOS
X5[sw;rk
5.4半导体激光器 rRel\8
Lr:K0A.Ch
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 ~vF o 0k(
q% 9oGYjvQ
5.4.2PN结和粒子数反转 3)\qt s5
*2;3~8Y
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 IPR396J+-
>.4Sx~VH2
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 :tG5~sK
Y,~]ecI
5.5其他激光器 N2J!7uo Q
9~I WGj?
5.5.1准分子激光器 b@hoH)<9E
kGP?Jx\PkH
5.5.2自由电子激光器 DlI|~
wf1DvsJQl
5.5.3化学激光器 @("AkYPj
xE_[ = 7=
思考练习题5
ZrS!R[
+%v4Ci"%y
第6章激光在精密测量中的应用 K%B i8d
a mge x $
6.1激光干涉测长 |\t_I~de
= `H( `2
6.1.1干涉测长的基本原理 (eP)>G]
r1]^#&V;MC
6.1.2激光干涉测长系统的组成 N0PX<$y
*
=l9gv&
6.1.3激光外差干涉测长技术 s2WB4 U k
_P:P 5H8
6.1.4激光干涉测长应用举例 v%^H9aK_
QCw<* Id+
6.2激光衍射测量 'P#I< ?vB
sx\7Z#|
6.2.1激光衍射测量原理 i^l; PvIF
S\ m]z e
6.2.2激光衍射测量的方法 C2v7 (
NYeg,{q
6.2.3激光衍射测量的应用 B?'ti{p
A9
R?Qou!*]
6.3激光测距 9HP--Z=
RI=B(0 A
6.3.1激光脉冲测距 76/%Py|
[geY:v_B
6.3.2激光相位测距 /2@@v |QL
=[&Jxy>Y
6.4激光准直及多自由度测量 vI@8DWs
- >(B: Cz
6.4.1激光准直仪 S0 `*
5Fl|=G+3@g
6.4.2激光衍射准直仪 ; o\wSHc
b+>godTi_
6.4.3激光多自由度测量 3'w BX
Ih0GzyU*4
6.5激光多普勒测速 QZfnoKz
MgekLP )&
6.5.1运动微粒散射光的频率 |Th{*IJ <,
ra 1hdf0"
6.5.2差频法测速 5tL6R3
J98K:SAR
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 q,G L#L
!IS ,[
6.6环形激光测量角度和角加速度 uRIr,U^
*))|ZE6jI
6.6.1环形激光精密测角 vuf|2!kh/
z,tax`O
6.6.2光纤陀螺 b %BwGS(z
;g9+*$Gw
6.7激光环境计量 X {$gdz8S9
>7 |37a
6.8激光散射板干涉仪 I
zT%Kq
So:89T
思考练习题6 rZEu@63
]%."
第7章激光加工技术 gS%J`X$
GCoqKE
7.1激光热加工原理 |B id(`t.
cmTZ ))m
7.2激光表面改性技术 ~ BC5 no
ktCh*R[`
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 7j
Q`i;L}Y
h5JXKR.1]c
7.2.2激光表面熔凝技术 )JP cSy*
j{vzCRa>8
7.2.3激光熔覆技术 &e(de$}xt
&Wba2fD
7.3激光去除材料技术 (.c?)_G,
wcO+P7g
7.3.1激光打孔 (n< xoV[e
cH#` f4
7.3.2激光切割 [# _ceg1G
+#W5Qb}VR
7.4激光焊接 V;m3=k0U
p7*\]HyE)
7.4.1激光热导焊 L{42 ?d
DeUDZL%/
7.4.2激光深熔焊 J wO+Dd
dL"v*3Fy
7.4.3激光复合焊 +RbCa
c
G/y< bPQ
7.5激光快速成型技术 Bpgl
U=Qr
~&pk</D l
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 -x7L8Wj
+,smjg :O
7.5.2激光快速成型技术 K46\Rm_:B;
=Ru i
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 u@ o3p*bQ
a7+ B Ama<
7.6其他激光加工技术 AOTI &v
S4 Rv 6{r:
7.6.1激光清洗技术 W?$
ImW
p\(%bO
7.6.2激光弯曲 W>"i0p
=$HzEzrw
思考练习题7 1:,aFp>qr
vs.q<i-u
第8章激光在医学中的应用 ,xGlWH wrY
4[6A~iC_
8.1激光与生物体的相互作用 cD{[rI
E3
k -SUp8}g
8.1.1生物体的光学特性 UZ<!(g.
l_ 8t[
8.1.2激光对生物体的作用 _h5@3>b3r
bSmRo
8.1.3激光对生物体应用的优点 /_ LUys/0
)q#b^( v
8.2激光在临床治疗中的应用 }g3)z%Xe'[
N%`ikdaTd
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 r+) A)a,
Z!#zr@'k
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 JK_sl>v.7
bzZEwMc6
8.2.3激光在眼科中的应用 J k`A }
md<%Z4+
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 T IS}'c'C
/P,J);Y
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 )2\6 Fy0S
&
K7+V
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 JK,k@RE y]
T9u/|OP
8.2.7光动力学治疗 u{ I)C0
x5{ zGv.j
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 K SLyU1W
C7PHZ`<
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 L8!xn&uyP=
\5J/ ?
8.3.2激光断层摄影 iA=9Lel
hMi[ MB7~
8.3.3激光显微镜 +`\C_i-
]` 3;8,
8.4医用激光设备 \p.ku%{
`57ffQR9
8.4.1医用激光光源 T#T!a0
M@
mCB cbN
8.4.2医用激光传播用光纤 (/c9v8Pr(7
" >;},$
8.5激光应用于医学的未来 MA"DP7e?v
KbSIKj
8.5.1医用激光新技术 (0^u
{V8 v
8.5.2光动力学治疗的前景 c^I_~OwaE
3TO$J
思考练习题8 MLaH("aen
M,:GMO:?a
第9章激光在信息技术中的应用 ]Y:|%r vVH
4 K:p
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 entO"~*EX
iYBs )
9.1.1半导体激光器 sJ!AI
n<
jF{zcYU
9.1.2光纤激光器 )mJl-u[0+
l3-;z)SgH
9.1.3光放大器 %J7 ;b<}To
I%;xMt Y1o
9.2激光全息三维显示 t <x0?vfD
HBeOK
9.2.1全息术的历史回顾 #\ o
VbVq
T+RfMEdr
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 I C37f[Q
W|;
.G9
9.2.3白光再现的全息三维显示 BY72 fy#e
O0c#-K.f
9.2.4计算全息图 KE6[ u*\
-@e9!/GP,
9.2.5数字全息术 (?D47^F &
u:NSPAD)
9.2.6全息三维显示的优点 g#T8WX{(V
Mo0+"`
9.2.7全息三维显示的应用 MW6 d-
v 4D F
#O
9.2.8全息三维显示技术的展望 -(ABQgSO]
{w1sv=$+
9.3激光存储技术 ;}ileL Tl
6m|j " m
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 SZea[~ &
0sLR5A
9.3.2激光光盘存储 wZ5 + H%x
#B_
``XV
9.3.3激光体全息光存储 -P ^ 6b(
|ffM6W1:
9.3.4激光存储技术的新进展 ehPrxIyC
4&2aJ_ 2 y
9.4激光扫描和激光打印机 XL1v&'HLV
F$N"&<[ c
9.4.1激光扫描 _t _X`
F cB ]wz
9.4.2激光打印机
%tT &/F
6V
KsX+sd
9.5量子光通信中的激光源 PTXy:>]M
qe8dpI;
9.5.1量子光通信 !U/iY%NE
a 2 e-Q({
9.5.2量子态发生器及应用 )4vZIU #
J] ^)vxm3
思考练习题9 $*tq$DZ4&
xv4_q-r[
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 l \vtz5L
M}k t q)
10.1激光核聚变 \cP\I5IW:s
I9-vV>:z
10.1.1受控核聚变 5zWxI]4d\
h z\Fq1
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 4W
&HUQ?^
D G}} S 5
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 N guJ[
7aUk?Hf
10.2激光冷却 p,. +i[V
m_LW<'
10.3激光操纵微粒 RcIGIt
d h#4/Wa,
10.3.1光捕获 k>I [U}h
&=oW=g 2
10.3.2微粒操纵 S-&[Tp+N
[4KW64 %l
10.4超越经典衍射极限的分辨率 @-|{qP=Dy
{p&L wTnf
10.4.1解析延拓 B#9rqC
Z6F>S L
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 0*o)k6?q3
c%9wI*l
10.4.3傅里叶叠层算法 -`x$a&}
J*?BwmD'8
10.4.4相干谱复用 @5+ JXD
Hg\+:}k&9
10.4.5非相干结构光照明成像 xs_l+/cZ
6m"_=.k%
10.4.6超分辨荧光显微镜 !_P; 4 E
I?nj_ as
10.5激光光谱学 m_{OCHS+
Ch8w_Jf1yx
10.5.1拉曼光谱 WX$mAQDV
-h+=^ ,
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 {Hxvt~P
iTJSW
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 '~Uo+<v$w
a=}JW ]
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 ICwhqH&
o7Ms]AblT
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 !m)P*Lw
ihivJ Z
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 x-O9|%aRJ
SEsc"l8
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 *IL x-D5qr
a'=C/ s+
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 <20rxOEnf
iy_'D
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 6) {jHnk)
cz<8Kb/XV
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 LnZzY0
}`M53>C,gQ
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 ip6$Z3[)
C;7?TZ&x w
思考练习题10 DtkY;Yl
;O` \rP5w
附录A随机变量 _q *4+ x
*c'nPa$+|S
A.1概率的定义和随机变量 F r/3Qp@S
_hT- 5)1r
A.2分布函数和密度函数 8l,`~jvU!*
ivL }\~L
A.3推广到两个或多个联合随机变量 gx+bKGB`
v,z s
dr"d
A.4统计平均 {*WJ"9ujp]
|^&n\vXv
附录B随机过程 eHr|U$Rpo
t<S]YA~N'
B.1随机过程的定义和描述 =\CJsS.
5c50F{
B.2平稳性和遍历性 34S|[PX d
z~tCag8I(k
参考文献 {;.q?mj
h'T n&2r6
 3exv k
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