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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。 3=dGz^Zdv:
wC=IN
[attachment=99403] Ko''G 5+
)l30~5u<J
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 V%y kHo
$j{ynh)^
1.1光的波粒二象性 [rPW@| ^5
s/sH",
1.1.1光波 Q6%m}R
Ylt[Ks<2
1.1.2光子 a +weBF#Z
aQFY Sl
1.2原子的能级和辐射跃迁 g " C$B Fc
4)'5;|pI
1.2.1原子能级和简并度 ,=o q)Fm]
3tIIBOwg[
1.2.2原子状态的标记 ]X?+]9Fr
4G_dn f_
1.2.3玻尔兹曼分布 yo
(& ~r
'` [nt25N
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 mvUYp,JECl
0U`Ic_.
1.3光的受激辐射 & .(ZO]
%Si3t2W/
1.3.1黑体热辐射 tinN$o
Xy
4eaC18?
1.3.2光和物质的作用 #ll c5i;
3\mFK$#sr
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 `i{o8l
%WCpn< )
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 Z[({; WtF
z=ppNP0
1.4光谱线增宽 u3k+ Xg:
RE"}+D
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 Z Q20IY |,
5>A3;P
1.4.2自然增宽 79x^zqLb
' R=o ,=
1.4.3碰撞增宽 qM1$?U
B[$KnQM9Y
1.4.4多普勒增宽 ?LNwr[C0
P9 %9/ B:-
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 e2B~j3- ?z
o@pM??&x
1.4.6综合增宽 Vx0V6{JX
a~XNRAh
1.5激光形成的条件 m,up37-{
x !YfZ*
1.5.1介质中光的受激辐射放大 mLq?-&F
'!f5|l9SC
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 `H +Eo<U
4G`YZZ Q
思考练习题1 >nr1|2
o9eK7*D
第2章激光器的工作原理 ]e"NJkcm
R2~Rqlti
2.1光学谐振腔结构与稳定性 r`7`f xe
gJF;yW 4
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 l0@$]76cX;
CWDo_g $
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 %%k[TO
,bH
2.1.3稳定图的应用 )m)>k` 0
Od R
2.2速率方程组与粒子数反转 mU\$p iei
A6UtpyS*'
2.2.1三能级系统和四能级系统 5SKu \ H\
b?y1cxTT
2.2.2速率方程组 H"&N<"hw
k2;8~LqF
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 <N`rcKE%~P
bpU^|r^W
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 Jp,ohVRN q
igo7F@_,
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 49kY]z|"w
hnY^Z_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 Y*AHwc<w`
A!^,QRkRN
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 5?I]\Tb
OVivJx
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 ` 8 6b
.g|pgFM?
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 Tw`l4S&
Aw| 3W ]
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 W&yw5rt**
@ ?%"nK
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 RI%l& Hm
nC*/?y*9
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 uV\=EDno
Lh,<q
>t
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 iFDQnt
[t
(>Yii_Cd
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 "xO`&a {
+_ G'FD
2.5激光器的损耗与阈值条件 nrxN_0 R%
^1nf|Xj [
2.5.1激光器的损耗 J$P]>By5:
d6n6 =
[*
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 ]v#T'<Nl
>AfJxdd1
2.5.3阈值条件 5&xvY.!27V
3)e eUO+
2.5.4对介质能级选取的讨论 K:{Q ~+
\e?T 9c6,
思考练习题2 ~/Ry=8
hQ\]vp7V
第3章激光器的输出特性 jjbw.n+1
~KNxAxyVi
3.1光学谐振腔的衍射理论 D0-e,)G}V,
iy4JI,-W
3.1.1数学预备知识 t +#Ss v8
k |Lm;g
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 {B}0 LJIpL
IaJ(T>" +
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 *X>rvAd3
0I&rZMpF&
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 M6I1 `Lpf
9 Z* vp^3
3.2对称共焦腔内外的光场分布 !bY{T#i)k
uI%[1`2 N-
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 `2Z= Lp
L\B+j+~
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 Jv?e ?U
rm
cy-}e
3.3高斯光束的传播特性 p$=3&qR 6
5N6%N1
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 msCAC*;,
%DN& K
3.3.2高斯光束的相位分布 v{jl)?`~w
HC0puLt_
3.3.3高斯光束的远场发散角 ;F:(5GBi
N,O[pTwj
3.3.4高斯光束的高亮度 N7;2BUIXJ
h N} X1 1
3.4稳定球面腔的光束传播特性 9X(bByEO
gsR"d@!
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 sM4wh_lO
AD5t uY
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 #eaey+~
J>'o,"D
3.5其他几种常用的激光光束 `?$R_u Fh:
" c]Mz&z
3.5.1厄米-高斯光束 &@Q3CC DS
ooq>/OI0
3.5.2拉盖尔-高斯光束 V-
v Vb
;EJ6C#}
>7
3.5.3贝塞尔光束 l^vq'<kI
s)N1@RBR
3.6激光器的输出功率 x;SrJVDN
;aF / <r
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 <E ^:{J95
dV5 $L
e#y
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 FHD6@{{Gp"
AiyjrEa%
3.7激光器的线宽极限 JE j+ >
_3E7|dr IX
3.8激光光束质量的品质因子M2 >Kr,(8 rA
%d>Ktf
3.9模式激光的某些一阶统计性质 *<UQ/)\
6>"0H/y,
3.9.1单模激光的一阶统计性质 h!Ka\By8#
OVd"'|&6_
3.9.2多模激光的一阶统计性质 hsl8@=_ B
;?y?s'>t&
思考练习题3 @ NVq
.z
vxwctJ&
第4章激光的基本技术 -r,J>2`l
`)%e U~
4.1激光器输出的选模 )~5`A*Ku
@wg*~"d
4.1.1激光单纵模的选取 (zhmZm
!~Z L
4.1.2激光单横模的选取 E u@TCw8@
H"-p^liw
4.2激光器的稳频 qV^H vZJ
2M ;{|U
4.2.1影响频率稳定的因素 KomF)KQ2r
+(<CE#bb[
4.2.2稳频方法概述 A$
S9
`
GJW1 |Fk
4.2.3兰姆凹陷法稳频 YZoudX'"
+Q'/c0o
4.2.4饱和吸收法稳频 [A3hrSw
[<%yU y
4.3激光束的变换 n,0}K+}
y /PEm)=Tt
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 K=~h1qV:
UyJ5}fBJ
4.3.2高斯光束的聚焦 -_2= NA?t
P#yS ]F/
4.3.3高斯光束的准直 P8TiB
wRuJein#
4.3.4激光的扩束 R
sujKh/
rbJ-vEzo.#
4.4激光调制技术 O" z=+79q
b'ew
Od=
4.4.1激光调制的基本概念 eLt6Hg)s`9
MVTU$
65
4.4.2电光强度调制 E7*]t _p"
SKYS6b
4.4.3电光相位调制 ypml2 2)kz
ufm#H#n)#X
4.5激光偏转技术 7lh%\
Bz24U wcZ
4.5.1机械偏转 =GLsoc-b
c\R! z&y~
4.5.2电光偏转 5-+Y2tp}
3rWqt
4.5.3声光偏转 O 4}cv
(K2 p3M^
4.6激光调Q技术 sd=i!r)ya
X/.|S57
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
0.Iw/e
ha(hG3C
4.6.2调Q原理 i=SX_#b^
c
s hZR(b
4.6.3电光调Q )k d PAw
^%_LA't 'R
4.6.4声光调Q ZLO _5#<
Oo#wPT;1^(
4.6.5染料调Q - BocWq\
paF2{C)4
4.7激光锁模技术 N/y.=]
I=b#tUBh8
4.7.1锁模原理 tBf u{oC
D9Q%*DLd$_
4.7.2主动锁模 y[}BFUy
sGzd c
4.7.3被动锁模 ,@2O_O`:
9aXm}
思考练习题4 LxG :?=O.
.!Z.1:YR
第5章典型激光器介绍 yJgnw6>r2
8 Y4YE(x5
5.1固体激光器 J|K~a? &vN
Q}1PPi,
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 uT=sDWD :
lQ)8zI
5.1.2固体激光器的泵浦系统 B]kz3FF
6v.*%E*P
5.1.3固体激光器的输出特性 T$'Ja'9Kj
@jjp\ ~
5.1.4新型固体激光器 y_a~>S
^%C.S :
5.2气体激光器 4}l,|7_&I
E]+W^ VG
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 J4x1qY)Y&v
;}:"[B3$
5.2.2二氧化碳激光器 y/Nvts2!C
? Bk"3{hl
5.2.3Ar＋离子激光器
g\n@(T$)
fOrqY ,P'
5.3染料激光器 $H-s(3vq
_hXadLt
5.3.1染料激光器的激发机理 cD LS)
=`{!" 6a
5.3.2染料激光器的泵浦 `33+OW
a-O9[?G/x
5.3.3染料激光器的调谐 TCB<fS~U-
R{4O*i8#
5.4半导体激光器 XD*$$`+#
&?x^I{j
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 "I B)= Hc
}/M ~
5.4.2PN结和粒子数反转 ;g?5V
\z< '6,b
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 d< !bE(
O^
f[ ugs
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 Oq|pd7fcgm
Lw-)ijBW
5.5其他激光器 EjvxfqPv
Is-Kz}4L
5.5.1准分子激光器 W"z!sf5 U
Px)VDs=k
5.5.2自由电子激光器 KLbP;:sr
?EKYKLwr
5.5.3化学激光器 ^${-^w@,%V
o#E
z_D[
思考练习题5 /&dC? bY
g_.BJ> Uv
第6章激光在精密测量中的应用 ~D
5'O^
$zDW)%nAX
6.1激光干涉测长 d4gl V`%.
r?V\X7` +
6.1.1干涉测长的基本原理 TB1 1crE
< R0c=BZ>
6.1.2激光干涉测长系统的组成 Q +qN`
C9({7[k^%
6.1.3激光外差干涉测长技术 2Xgn[oI {
!%]]lxi
6.1.4激光干涉测长应用举例 < gJ|Wee
llQDZ}T
6.2激光衍射测量 nwW `Q>+#U
^d-`?zb
6.2.1激光衍射测量原理 ?I7%@x!+S
qH"e:
wgL
6.2.2激光衍射测量的方法 nqy\xK#.^
c5^i5de
6.2.3激光衍射测量的应用 AVHn7olG
#jK{)%}mA
6.3激光测距 ~(G]-__B<
f+ J<sk
6.3.1激光脉冲测距 _ ?=b W
0=7C-A1(D
6.3.2激光相位测距 N2 =gSEY
e DIjcZ
6.4激光准直及多自由度测量 \)`\F$CF
a&4>xZU #
6.4.1激光准直仪 ef Ra|7!HK
I)9;4lix
6.4.2激光衍射准直仪 zgqe@;{
e-\J!E'1F
6.4.3激光多自由度测量 aFd
,
W<v?D6dFq
6.5激光多普勒测速 ]r6,^"
nA5v+d-<T
6.5.1运动微粒散射光的频率 z2S53^C*
f4]nz:2
6.5.2差频法测速 d;H1B/
^]A jcctGr
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 t9W_ [_a9
Dy0cA| E
6.6环形激光测量角度和角加速度 JzCfs<D
0. bmVN<
6.6.1环形激光精密测角 cM .q^{d`
k
h#|`E#,
6.6.2光纤陀螺 h"M}Iz~|V?
_8DY9GaE
6.7激光环境计量 [m!$01 =
a'XC T@B
6.8激光散射板干涉仪 lg;`I tX]
$Ob]JAf}
思考练习题6 IiS1ubNtZ
9e1gjC\ c
第7章激光加工技术 J4xt!RW!
enK4`+.7
7.1激光热加工原理 axon qS f
Q->'e-\E<"
7.2激光表面改性技术 %nVnK6[sox
J1yy6Wq3[
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 <`~] P$
c;B Q$je}
7.2.2激光表面熔凝技术 :G,GHU'/78
E+UOuf*(
7.2.3激光熔覆技术 el 5F>)
,|?B5n&
7.3激光去除材料技术 !\RR UH*
`p*7MZ9 -
7.3.1激光打孔 ib*$3Fn~
}0}J
7.3.2激光切割 &%C4rAd2
64o`7
7.4激光焊接 , N5Rdgzk
{b7P1}>-*
7.4.1激光热导焊 qeH#c=DQ
)u'oI_
7.4.2激光深熔焊 0 l
G\QT
m -7^$
7.4.3激光复合焊 %[Ia#0'Y@
O/iew3YF
7.5激光快速成型技术 L'z;*N3D
HOtays,#<}
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 ^5QSV\X
]'DtuT?Z
7.5.2激光快速成型技术 s[8< @I*u
nYTI\f/8v
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 6pxj9@X+
OKxPf]~4E
7.6其他激光加工技术 C(7 LwV
w'?uJW
7.6.1激光清洗技术 sW@4r/F>:D
3QM.X ^ANH
7.6.2激光弯曲 1!0BE8s"@
}m\
思考练习题7 onHUi]yYu{
!@%m3)T8
第8章激光在医学中的应用 2Q-kD?PO,
]ZHC*r2i
8.1激光与生物体的相互作用 gj$gqO`B
_+.z2} M
8.1.1生物体的光学特性 :X,1KR
Xp4pN{h e
8.1.2激光对生物体的作用 JG0TbM1(Bt
"((6)U#
8.1.3激光对生物体应用的优点 D .)R 8X
V)_mo/D!D
8.2激光在临床治疗中的应用 y = G
L`yS '
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 qwiM .b5
~,m6g&>R
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 'FO ^VJ;ha
\
Lrg:
8.2.3激光在眼科中的应用 y3))I \QT
q71Tg
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 7f~.Qus
H [R|U
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 Mp7r`A,6
n)^B0DnIk
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 }#a d
Ag#p )
8.2.7光动力学治疗 Ub4j 3`
p@YU7_sF^!
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 !E4YUEY 6
6]CY[qEaR$
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 dHg[0Br)r
G0xk @SE
8.3.2激光断层摄影 nhiCV>@y
&5~bJ]P
8.3.3激光显微镜 k
32 Jz.\B
ko=vK%E[
8.4医用激光设备 6psK2d 0
-]A,SBs
8.4.1医用激光光源 P8:k"i/6J
8! pfy"
8.4.2医用激光传播用光纤 G#
.z((Rj
=Pd3SC})6V
8.5激光应用于医学的未来 D)K/zh)
b: +.Y$%F-
8.5.1医用激光新技术 HT[<~c
at/bes W
8.5.2光动力学治疗的前景 h/QZcA
P!0uAkt9C
思考练习题8 OU/ PB
W(9-XlYKE
第9章激光在信息技术中的应用 PL%U
pbl;n|
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 L: }hZf{p*
K.JKE"j)d
9.1.1半导体激光器 jLM1 ~`&
DrC4oxS 1
9.1.2光纤激光器 &?#V*-;^
?WKFDL'_0j
9.1.3光放大器 5,Mc` IIK1
F $^RM3
9.2激光全息三维显示 p>Qzz`@e
T9} G:6
9.2.1全息术的历史回顾 ?<%GY dus
OT+=H)/
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 O>IY<]x>L
LD0x 4zm$m
9.2.3白光再现的全息三维显示 g~r Z=
iT227v!s
9.2.4计算全息图 nxS|]
5N@k9x
9.2.5数字全息术 8Mf 6*G#Y
~a^m LnY@
9.2.6全息三维显示的优点 '-N `u$3Y
w/IYQ C\v
9.2.7全息三维显示的应用 g=XvqD<
LPc)-t|p"
9.2.8全息三维显示技术的展望 anxg D?<+B
F>d B@V-
9.3激光存储技术 idP x!
fe
~k^rI jR
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 _zvCc%
{E@Fk,
9.3.2激光光盘存储 >-*rtiE
1hp`.!3]H
9.3.3激光体全息光存储 `*g(_EZsS
~! ;*C
9.3.4激光存储技术的新进展 Tty_P,
DvB!- |ek
9.4激光扫描和激光打印机 Fku~'30
L-?
?%_=
9.4.1激光扫描 -d1 YG[1|
S81% iz.n
9.4.2激光打印机 K|,P
Ts ch:r S
9.5量子光通信中的激光源 `u$
Rd
+pXYBwH
7Q
9.5.1量子光通信 X6)%2TwO
R/ix ,GC
9.5.2量子态发生器及应用 }Z#KPI8\Q
"{(|}Cds
思考练习题9 )eIC5>#.
n_QSuh/Wn
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 6B`XHdCq
xY4g2Q
J
10.1激光核聚变 m#1 >y}
bi/ AQ^
10.1.1受控核聚变 E)sC:oO
\kWL:uU
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 7+
+Fak
\]<e Lw- v
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 5|O~
Iue}AGxu:{
10.2激光冷却 uDD{O~wF,
A.tXAOM(VW
10.3激光操纵微粒 $~7uDq
bpP- wA^Hd
10.3.1光捕获 la4
#2>#WZ
qlSI| @CO
10.3.2微粒操纵 2_T2?weD5
t V?-
10.4超越经典衍射极限的分辨率 &s6;2G&L$
&3gC&b^i
10.4.1解析延拓 ) XCG4-1
#zmt x0
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 dCA| )
!0-K B#
10.4.3傅里叶叠层算法 xVxN
@[
s>J\h
10.4.4相干谱复用 CWBlDz
Me 5Xd|
10.4.5非相干结构光照明成像 tTEw"DL_-
tJ Bj9{
10.4.6超分辨荧光显微镜 Nk63F&J7e
OQ(w]G0LP
10.5激光光谱学 { 9:vq|
A@uU*]TqJ8
10.5.1拉曼光谱 mH.c` *
4Jn+Ot.,d
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 @7HHi~1JK
A_e&#O
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 QmgO 0 0{
E] 6]c!2:
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 P2Jo^WS
MO^Q 8v
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 Z tl?*zL
<-6f}wN
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 :6gRoMb]
m!5MGq~
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 zMke}2
aD^jlt
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 _V`F_C\\#
z:^ (#G{
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 uG7?:) pxv
C/? x`2'
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 E3LEeXcLS
2P/ Sq
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 mzRH:HgN?
T)MX]T
思考练习题10 VTUSM{TC
bMq)[8,N
附录A随机变量 BT)PD9CN(
IM$ d~C
A.1概率的定义和随机变量 xX?9e3(
S pu>
ac
A.2分布函数和密度函数 a[V X)w_W{
2BKiA[
;;
A.3推广到两个或多个联合随机变量 U?%T~!
2T?8{yO7
A.4统计平均 `@xnpA]l
;il+C!6zpf
附录B随机过程 8 e5im ei
o2D;EUsNX
B.1随机过程的定义和描述 uZM %F)
<a&w$ Zc/
B.2平稳性和遍历性 {[4.<|26
wRdN(`;v
参考文献 j[,XJ , 5=
[Kg3:]2A
 -FF#+Z$
shD4";8*@
（实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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