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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。 eCDev}
_ @NL;w:!
[attachment=99403] NdA[C|_8}f
s^G.]%iU
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 |}s* E_/[
Ju!]&G8
1.1光的波粒二象性 &WuN&As!Z
DZ'P@f)]
1.1.1光波 Ha0M)0Anv
RNEp 4x
1.1.2光子 taHJ u b
%op**@4/t\
1.2原子的能级和辐射跃迁 }I+E\ <
17%,7P9pg
1.2.1原子能级和简并度 p?%y82E
WTQ\PANAaR
1.2.2原子状态的标记 v!-/&}W) 1
.LnGL]/
1.2.3玻尔兹曼分布 Eak$u>Fd8c
w>s,"2&5J
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 i4Q@K,$
KEo ,m
1.3光的受激辐射 ` x Ex^P^7
mUAi4N
1.3.1黑体热辐射 7?!d^$B
9]([\% )
1.3.2光和物质的作用 "yy5F>0Wt
bivuqKA
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Drgv`z
'A=^S e`=
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 ,GhS[VJjR
iJ)_RSFK
1.4光谱线增宽 PFlNo` iO
<y('h I'
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 +6M}O[LP
\_VA 5 0
1.4.2自然增宽 `!3SF|x&
F br;{T
.
1.4.3碰撞增宽 b4%??"&<Y
U/66L+1
1.4.4多普勒增宽 64
wv<r]5j
g]l'' 7G
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 gS!:+G%
v |_K/|
1.4.6综合增宽 Q",t3i4
lne4-(DJ
1.5激光形成的条件 ,a{P4Bq
RtkEGxw*^
1.5.1介质中光的受激辐射放大 '2A)}uR
G/y5H;<9M
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 P [G)sA_"
0I-9nuw,^;
思考练习题1 6##_%PO<m
'6nA F
第2章激光器的工作原理 60^`JVGWH
6fE7W>la
2.1光学谐振腔结构与稳定性 sg^zH8,3
!,_u)4
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 K C*e/J
PV.X z0@R
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 '| 6]_
>mbHy<<
2.1.3稳定图的应用 v ,i%Q$
D%[mW c@1I
2.2速率方程组与粒子数反转 ih-#5M@
CCs%%U/=
2.2.1三能级系统和四能级系统 W 8<&gh+
{ T/[cu<
2.2.2速率方程组 OR P\b
nmee 'oEw
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 x /(^7#u,
Ko| d+
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 np|S y;:
hE:9{;Gf
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 '0;l]/i.
rET\n(AJ
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 M5 LfRBO
c`)\ Pb/O
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 ( q/e1L-S
h:))@@7MJ
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 EgEa1l!NSQ
;DQ ZT
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 g\|Pco Lm
]6,\ r"
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 w?PkO p
J/`<!$<c
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 Ot0a p$ &
Xz 6<lLb
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 #Qw0&kM7I
{S]}.7`l9(
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 @(w@e\Bq
)N{Pw$l_
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 /s&9SYF
%@J.{@>
2.5激光器的损耗与阈值条件 6D;S gc5"
vQG5*pR*w
2.5.1激光器的损耗 Uk wP
3@_xBz,I .
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 eI}aQ]$ED
)b L'[h
2.5.3阈值条件 R{ `(c/%8
h%na>G
2.5.4对介质能级选取的讨论 GRIti9GD
8.1c? S
思考练习题2 < X hm`rH
Wx%H%FeK
第3章激光器的输出特性 wYXQlxd y
5J.bD)yrP
3.1光学谐振腔的衍射理论 IVnHf_PzF
U BU=9a5
3.1.1数学预备知识 +zN-!5x
HXC ;N p
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 nIf1sH>
=+-UJo5
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 F@jZ ho
PcMD])Z{G
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 &ee~p&S,>
;6
D@ A
3.2对称共焦腔内外的光场分布 QD&`^(X1p
~8F k(E_
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 )gUR@V>e2
j?\Qh
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 ./Zk`-OBT
F`W?I I?
3.3高斯光束的传播特性 CJx|? yK2
Xf]d. :
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 9MJG;+B~
qH >d
3.3.2高斯光束的相位分布 ;%9 |k U
3AtGy'NTp
3.3.3高斯光束的远场发散角 1z4OI6$Af
Yx%Hs5}8
3.3.4高斯光束的高亮度 K&]G3W%V
N0Lw }@p
3.4稳定球面腔的光束传播特性 9d659i C
Xz a(k
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 7hcYD!DS
O"9\5(w
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 AM \'RHL
e{K 215
3.5其他几种常用的激光光束 xwq
(N_
]y '>=a|T
3.5.1厄米-高斯光束 b94DJzL1z
$szqy?i 0?
3.5.2拉盖尔-高斯光束 } 9Eg=%0v
U(g:zae
3.5.3贝塞尔光束 ES7>H
sf87$S0
3.6激光器的输出功率 :U%W%
"Ac-tzhE
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 }!r|1$,kL
^"2J]&x`G
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 E6ElNgL
Qd$nH8ED Y
3.7激光器的线宽极限 Hg izW
WX?IYQ +
3.8激光光束质量的品质因子M2 f }f9@>.
b=NxUd O
3.9模式激光的某些一阶统计性质
?P`K7
7,o7Cf2 z
3.9.1单模激光的一阶统计性质 KL57# gV
!)0;&e5
3.9.2多模激光的一阶统计性质
xF'EiX ~
06Sc eq
思考练习题3 ChPmX+.i_
IY\5@P VZ
第4章激光的基本技术 "$^ ~!1 ~
x2\qXN/R
4.1激光器输出的选模 />pI8 g<
w-MCZwCr)
4.1.1激光单纵模的选取 k"zv~`i'
l4 YJ c
4.1.2激光单横模的选取 !ons]^km
k 2 t F}
4.2激光器的稳频
:KP @RZm
FbFPJ !fb
4.2.1影响频率稳定的因素 b J {'<J
"_NN3lD)X
4.2.2稳频方法概述 C1n>M}b
~-Qw.EdC
4.2.3兰姆凹陷法稳频 A[{yCn `tM
u^I|T.w<r6
4.2.4饱和吸收法稳频 g@!V3V
kv{za4,&
4.3激光束的变换 P{> !5|k
aSQ#k;T[
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 G}raA%
|TH\`U
4.3.2高斯光束的聚焦 SRDp*
4p;` C
4.3.3高斯光束的准直 -zeG1gr3
.|fH y
4.3.4激光的扩束 s-Tv8goNV
AH7}/Rc
4.4激光调制技术 J<h $
w M
HBXOjr<,{
4.4.1激光调制的基本概念 s*]}QmRpr
flbd0NB
4.4.2电光强度调制 0=1T.4+=
nMUw_7Y6
4.4.3电光相位调制 iz PDd{[
K
Z91-
4.5激光偏转技术 \X D6 pr@
xY(*.T9K
4.5.1机械偏转 7[XRd9a5(
=-n}[Y}A
4.5.2电光偏转 `1fY)d^Z S
GGs}i1m
4.5.3声光偏转 p} ~JgEE
5Yq@;e
4.6激光调Q技术 I,vJbvvl!
`b7t4d*
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q W [e$>yK
{_p_%;
4.6.2调Q原理 meO:@Z0
7 ~.9=I'A
4.6.3电光调Q ;iL#7NG-R
=GM kR+<)
4.6.4声光调Q DsCcK3 k
k,+0u/I
4.6.5染料调Q KB(8f *
y}ev ,j
4.7激光锁模技术 h
J)h\
.p"
xVfi6
4.7.1锁模原理 )zdQ1&@
w%jII{@,
4.7.2主动锁模 00~mOK;1
}N6.Uu 5zI
4.7.3被动锁模 GH$ pKB
kJT)r6
思考练习题4
o`z]|G1''
5K8^WK
第5章典型激光器介绍 ~dTrf>R8M
.Rs^YZ F
5.1固体激光器 )=_,O=z$K
N2<!} Eyu
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 MeZf*'
J
FP4P|kl/9'
5.1.2固体激光器的泵浦系统 #BH*Z(
"'?>fe\qG
5.1.3固体激光器的输出特性 Q K<"2p?
-;WGS o
5.1.4新型固体激光器 Y\g3h M
ee76L&:
5.2气体激光器 0[W:d=C`a
t&e{_|i#+
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 ZyFjFHe+
@*KZ}i@._
5.2.2二氧化碳激光器 R%[ c; i
D_zZXb Nc
5.2.3Ar＋离子激光器 $X,D(
]Gq !`O1
5.3染料激光器 JYHl,HH#z
~q25Yx9W@
5.3.1染料激光器的激发机理 `*1p0~cu
j3E7zRm] \
5.3.2染料激光器的泵浦 4ID5q ~
' %o#q6O
5.3.3染料激光器的调谐 >(t6.=
or}[h09qA
5.4半导体激光器 sdw(R#GE
j*r{2f4Rt
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 > /caXvS
R~ q]JSIC@
5.4.2PN结和粒子数反转 B
\2 SH%\
D2~*&' 4y
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 >}6%#CAf
Qh\60f> 0
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 PB\x3pV!}
s?L
5.5其他激光器 II{&{S'HU
_KAQ}G 3
5.5.1准分子激光器 P71Lqy)5}A
Y`a3tO=Pd
5.5.2自由电子激光器 w~qT1vCCN
w ;^ra<*<+
5.5.3化学激光器 *b \t#meS&
7WZ+T"O{I
思考练习题5 &0JI!bR(
f(MO_Sj ]
第6章激光在精密测量中的应用 k~w*W X'
P@c5pc#|
6.1激光干涉测长 A6(/;+n
+T Dw+
6.1.1干涉测长的基本原理 RPRBmb940
P+/e 2Y
6.1.2激光干涉测长系统的组成 c\AfaK^KF
C]A.i2o8
6.1.3激光外差干涉测长技术 A2Gevj?F$
[ ` 7ThHX
6.1.4激光干涉测长应用举例 P-"y3 ZE=
U z]|N6`
6.2激光衍射测量 ;NITc
B tcy)LRk
6.2.1激光衍射测量原理 0n {=%Q
YUk\Q%
6.2.2激光衍射测量的方法 1iF1GkLEq
~Z' ?LV<t
6.2.3激光衍射测量的应用 3h`f 6
P ~X2^bw
6.3激光测距 $6poFo)U+
nAdf= D'P
6.3.1激光脉冲测距 b d!Y\OD
a Q@oH#
6.3.2激光相位测距 DSn_0D
hp|YE'uYT
6.4激光准直及多自由度测量 `VguQl_,gA
* \ F~[
6.4.1激光准直仪 ?4T-@~~*`=
' S/gmn
6.4.2激光衍射准直仪 ey$&;1x#5
S3Jo>jXS "
6.4.3激光多自由度测量 FGq [ \B
.HABNPNg(
6.5激光多普勒测速 c@L< Z` u
_6vW F
6.5.1运动微粒散射光的频率 ( CWtLi"z
l+0oS'`V*L
6.5.2差频法测速 )zDCu`
+9sQZB# (
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 PLBr P
$VOF Oc
6.6环形激光测量角度和角加速度 8'y$M] e9n
gL/9/b4
6.6.1环形激光精密测角 ysnx3(+|
!0 <,@v"
6.6.2光纤陀螺 &s>Jb?_5Mx
M x" \5i
6.7激光环境计量 ;L ^o*`
R 2vlFx/
6.8激光散射板干涉仪 5L}/&^E#p
]\HvK CN}
思考练习题6 uHRsFlw
Z*6IW7#
第7章激光加工技术 N?`' /e
> 9Vn.S
7.1激光热加工原理 l,aay-E
*wjrR1#81x
7.2激光表面改性技术 MVUJD{ X#
+R75v )
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 o.`5D% }i
T6$+hUM$1
7.2.2激光表面熔凝技术 &=m tc%mL
XW92gI<O
7.2.3激光熔覆技术 @BMx!r5kn
4E }Yt$|
7.3激光去除材料技术 ;5( UzQU
P16~Qj
7.3.1激光打孔 SSzIih@u
;8 lfOMf
7.3.2激光切割 9}
.z;pr z
1X1dG#:
7.4激光焊接 hOK8(U0
4s
oJ.j8
7.4.1激光热导焊 3Tm+g2w2V8
z` b,h\
7.4.2激光深熔焊 uCB=u[]y4
'dc#F3
7.4.3激光复合焊 u_Z+;{ ]Pj
>+T)#.wo&
7.5激光快速成型技术 tfWS)y7
:[d9tm
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 bW +:C5'
%!#azI
7.5.2激光快速成型技术 a?oI>8*
4Wp=y
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 X"*5+* z]
ZYNsHcTY
7.6其他激光加工技术 oxtay7fx
2st3
7.6.1激光清洗技术 #4;wjcGWw
tX~ w{| k
7.6.2激光弯曲 EKN~H$.
|k9
C/
思考练习题7 r:
:b
tO&^>&;5
第8章激光在医学中的应用 X5w$4Kj&4l
A]3k4DLYS
8.1激光与生物体的相互作用 7uk[Oy<_
iN.n8MN=I
8.1.1生物体的光学特性 z{r}~{{E
z0 Z%m @
8.1.2激光对生物体的作用 1B \WA8
-t U'yKhn
8.1.3激光对生物体应用的优点 lk =<A"^S
*yGGBqd
8.2激光在临床治疗中的应用 {2gwk8
-I%5$`z
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 @E8+C8'
*=xr-!MEk
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 4 H&#q>
"EJ~QCW*Yh
8.2.3激光在眼科中的应用 ^kSqsT"
!TcJ)0
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 M UwMb!Z.s
h>bx}$q
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 7PF%76TO
VS|2|n1<6
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 ,]/X\t5]D
/Gfw8g\}
8.2.7光动力学治疗 :MDKC /mC
$`'/+ x"%
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 L4l!96]a
A_UjC`
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Z #m+ObHK1
-%4,@
x`
8.3.2激光断层摄影 ]{>,rK[So
y~HP>~ Oh
8.3.3激光显微镜 r@,2E6xn
>KKMcTOYY
8.4医用激光设备 \.}c9*)
uvS)8-o&F
8.4.1医用激光光源 a-J.B.A$Z/
[1H^3g
'
8.4.2医用激光传播用光纤 Z$? #
L{Vqh0QD&
8.5激光应用于医学的未来 e@YK@?^#N
+qdEq _ m
8.5.1医用激光新技术 Uo ix
>c}u>] D
8.5.2光动力学治疗的前景 <
FAheE+
YZJyk:H\
思考练习题8 2I{"XB
<QGXy=
第9章激光在信息技术中的应用 h!9ei6
Srd4) )2/0
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 kg\ >k2h
zp?`N;
9.1.1半导体激光器 I1&aM}y{G
IO:G1;[/2L
9.1.2光纤激光器 -`6+UkOV[x
*}W_+qo"
9.1.3光放大器 bi;1s'Y<D
"tp Sg
9.2激光全息三维显示 ht}wEvv
?!/kZM_ts
9.2.1全息术的历史回顾 1[-tD 0{H
IV) j1
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 zT-_5uZQ
y1L,0 ]
9.2.3白光再现的全息三维显示 ,5<Cd,`*
|]*/R^1>2
9.2.4计算全息图 l%i+cO D
%D "I
9.2.5数字全息术 ^5
Tqy(M
^pk7"l4Xm
9.2.6全息三维显示的优点 z*)T %p
0_t!T'jr7
9.2.7全息三维显示的应用 uY'HT|@:{
" C`Ub
9.2.8全息三维显示技术的展望 ;,e2egC'
)w%!{hn
9.3激光存储技术 7H u3>4<
3sZ\0P}
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 .#pU=v#/[
k|d+#u[Mj@
9.3.2激光光盘存储 VY\&8n}e(
8Uxne 2e
9.3.3激光体全息光存储 =w0R$&b&
65^9
9.3.4激光存储技术的新进展 H$ 4:lH&(
{Y9q[D'g .
9.4激光扫描和激光打印机 Ma"]PoP
l HX72 s|V
9.4.1激光扫描 i~J'% a<Qp
AYx{U? 0p
9.4.2激光打印机 N87B8rDl
B^9j@3Ux
9.5量子光通信中的激光源 ?6Y?a2 |
rw
#$lP
9.5.1量子光通信 {/:x5l8
wD)XjX
9.5.2量子态发生器及应用 c! 9nnTap
[cp+ i^f
思考练习题9 L;I]OC^J
OI*Xt`
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 XOS[No~
`W*U 4?M
10.1激光核聚变 C~iL3C b
CzEd8jeh7
10.1.1受控核聚变 lU8`F(Mn
[IhYh<i
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 ^DwYOo 2B
X}\:_/
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 d-dEQKI?;
0 :Ol7
10.2激光冷却 ) hfpwdQ
|#
2.Q:&
10.3激光操纵微粒 BR yl4
c\ l kD-\
10.3.1光捕获 N//K Ph
?<'}r7D
10.3.2微粒操纵 "1 M[5\Ax
rh}J3S5vp
10.4超越经典衍射极限的分辨率 ^ (zYz d
^$hH1H+V
10.4.1解析延拓 %OOl'o"V{s
_zi|
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 wDe& 1(T^
pg) WKbV
10.4.3傅里叶叠层算法 :X
(=z;B;N
DlMW(4(
10.4.4相干谱复用 kL"2=7m;
fS78>*K
10.4.5非相干结构光照明成像 Ej8 ^ Zg
5C5sgR C
10.4.6超分辨荧光显微镜 Z@PmM4F@S
Dwfu.ZJa
10.5激光光谱学 UrEs4R1#
J{fH ['tzO
10.5.1拉曼光谱 9m~p0 ILh
`&c kZiq
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 n8ZZ#}Nhg
- z%^)VE
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 vT,AMja
-4{<=y?"a
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 CdjI`
sN01rtB(UT
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 *mvlb
(' &
={@6{-tl
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 JO6)-U$7UG
+}os&[S
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 0{}8(
,M
^<CJ
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 PP33i@G
R|87%&6']
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 a'yK~;+_9
Wf>R&o6tr
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 -Cc^d!::
o9yJ f#-En
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 nazZ*lC
#( 146
思考练习题10 3kp+ <$
^'{F h"5
附录A随机变量 9gK` E
84zSK)=Y
A.1概率的定义和随机变量 !Pfr , a
SP_75BJ
A.2分布函数和密度函数 =|y9U lsD
=ncVnW{
A.3推广到两个或多个联合随机变量 /dI&o,sA
r1{@Ucw2
A.4统计平均 u.m[u)HQ
yg=q;Z>[~
附录B随机过程 g(7rTyp4)
1FL~ndJs
B.1随机过程的定义和描述 2E) -M9ds
bUdLs.:
B.2平稳性和遍历性 0#Y5_i|p
%axh`xK#
参考文献 }?_?V&K|
,77d(bR <
 RmeD$>7
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