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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。 hR%2[lBn!]
L<H6AzR+
[attachment=99403] LQ.0"6oj
1\ab3n
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 )b;}]C
<<[\
Rv
1.1光的波粒二象性 ~ U`|+
5
-%6Y&_5VK
1.1.1光波 1n )&%r
NM&R\GI
1.1.2光子 OZi4S3k
]8ob`F`m,
1.2原子的能级和辐射跃迁 fW8whN
XI58Cy*!
1.2.1原子能级和简并度 OIdoe0JR:O
jv'q :uA ^
1.2.2原子状态的标记 '"fZGz?
2kVQ#JyuRI
1.2.3玻尔兹曼分布 bd@1j`i
v.Zr,Z=eV
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 TC^fyxq
f ,QBj{M,
1.3光的受激辐射 j<C p&}X
[pY jH+<
1.3.1黑体热辐射 Swnom?t
7) 37AK w
1.3.2光和物质的作用 ZRLS3*`
O t1:z:Pl
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 0rj50$~$]
i+eDBg6
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 -Gmg&yQ9
qASV\
<n
1.4光谱线增宽 Q9NKQu Su
#5 }v ?
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 ZIikDi h1
cSWn4-B@l
1.4.2自然增宽 TxXX}6
)w'GnUqWz
1.4.3碰撞增宽 h ; S?
;iT ZzmB
1.4.4多普勒增宽 mr\C
mv\S1[< T
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 fi;00 >y
o`<ps$ yT
1.4.6综合增宽 }N%uQP#I
ewORb
1.5激光形成的条件 )G=hgqy
~Op~~
m
1.5.1介质中光的受激辐射放大 (YKkJ
r0/o{Y|l6
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 hz *H,E!>
$61j_;WF`
思考练习题1 yy#4DYht
+je{%,*
第2章激光器的工作原理 JPGEE1!B{b
Yo;Mexo!
2.1光学谐振腔结构与稳定性 MZK%IC>
Fv T;8ik:3
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 &JHqUVs^
5;_&C=[
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 wC~LZSTt
O(Cm dSk,
2.1.3稳定图的应用 ~;P>}|6Y
.U9A \$
2.2速率方程组与粒子数反转 XVWVY}
k$ v8cE
2.2.1三能级系统和四能级系统 \Y rvH
mdy+ >e <
2.2.2速率方程组 _5&LV2
3?:?dy(3z
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 E{W(5.kb;i
OXIy0].b
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 ".:]? Lvt
Mv#\+|p 1x
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 x !QA* M
:elTqw>pn
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 ^{R .X:a
U9]&~jR
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 Fo oa~C"
!y syb
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 o]O
E!zAUEVQm[
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 PuoN<9 #
V H2/
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 L$4nbOu\~
`R{ ZED
l'
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 [>wvVv
F|{F'UXj|
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 kV:C=MLI
tDw j~{a~
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 9_I#{ ?
DY 6ra% T
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 9d1 G u"
o dTg.m
2.5激光器的损耗与阈值条件 &j_:VP
|cd=7[B
2.5.1激光器的损耗 6> Ca O
9o|#R& 0
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 )'Yoii{dSU
Hg%8Q@
2.5.3阈值条件 +KKx\m*
nH -1,#`g
2.5.4对介质能级选取的讨论 j~VHU89
*&sXC@^@^
思考练习题2 Xsit4Ma
;)gNe:Q
第3章激光器的输出特性 e lzKt Vw
Mh;rhQ
3.1光学谐振腔的衍射理论 Th(F^W 9
qs'ggF1
3.1.1数学预备知识 H] JVv8
08JVX'X-mr
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 g7),si*
\QKr2 |
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 qc6eqE
.e8S^lSl
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 dgsD~.((A
Vuu_Sd
3.2对称共焦腔内外的光场分布 %V&I${z
;V"(! 'd
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 2lm{: tS
0nOp'Ky\k
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 n]+v Eu|
Y^P'slY{%
3.3高斯光束的传播特性 >W[#-jA_Z
Y%iimbBY|
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ?=X_a{}/
+HxL>\
3.3.2高斯光束的相位分布 )T FBb\f>v
"-;l{tL
3.3.3高斯光束的远场发散角 % B{NH~
!Nf N16
3.3.4高斯光束的高亮度 en6oF PG
;\gs d 'i
3.4稳定球面腔的光束传播特性 o I6o $C
Md4JaFA(
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 ZD'fEqM
_2C[F~ +l
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 dfoFs&CSKh
SWGD(]}uz
3.5其他几种常用的激光光束 u/2 !v(
U|HF;L
3.5.1厄米-高斯光束 fsDwfwil*
|,wp@)e6 h
3.5.2拉盖尔-高斯光束 E-_Q3^
h&4f9HhS=
3.5.3贝塞尔光束 )|@ H#kv?
*1 [v08?!
3.6激光器的输出功率 P5*~ Wi`
T]fu[yRVvg
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 CrIt h/Z
~yvOR`2Gg
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 Uc3-n`C
_@47h86 Q
3.7激光器的线宽极限 lV0\UySH
h^ D]@H
3.8激光光束质量的品质因子M2 m% {4
' `*{ig
3.9模式激光的某些一阶统计性质 YIQm;E EG
6SIk,Isy8
3.9.1单模激光的一阶统计性质 1*"t-+|
x1}7c9n K
3.9.2多模激光的一阶统计性质 T&] J3T FJ
=a<};X
思考练习题3 z|V5/"
~Zc=FP:1
第4章激光的基本技术 y2U^7VrO
|Gv WHe`
4.1激光器输出的选模 s=+,F<;x.U
c v b:FK
4.1.1激光单纵模的选取 Y70[Nz
Qw ukhD7
4.1.2激光单横模的选取 KKd S h1
9$ z|k wU
4.2激光器的稳频 na &?Cw
]mN'Qoc
4.2.1影响频率稳定的因素 LH4!QDK-
.
_5g<aw;
4.2.2稳频方法概述 p. eq
N
H ?~|Uj 6
4.2.3兰姆凹陷法稳频 v: Av 2y
ER O'{nT&
4.2.4饱和吸收法稳频 )Qe4 J0.
p`)GO.pz
4.3激光束的变换 :) U F#
w~ NQAHAvo
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 J2$L[d^
QQso<.d &
4.3.2高斯光束的聚焦 P,x'1 `k~
) x/Spb
4.3.3高斯光束的准直 Dk!;s8}*c
lw4#xH-?
4.3.4激光的扩束 G6C#M-S
y mdZ#I-
4.4激光调制技术 SO #NWa<0|
FC:Z9 {2!
4.4.1激光调制的基本概念 :1q)l
)T1U!n?^x
4.4.2电光强度调制 [i 18$q5D
/Q4T Q\:
4.4.3电光相位调制 %T hY6y(
> ~-8RM
4.5激光偏转技术 2NHkK_B1P
Fb&Xy{kt1
4.5.1机械偏转 u%J04vG"D
v=A ]#O%
4.5.2电光偏转 @ 5!Mr5;
G x ;U 3iV
4.5.3声光偏转 O,`# h*{N
*;Q IAd
4.6激光调Q技术 $TON`+lB
$4^cbk
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q &@tD/Jw3
zo,`Vibx<
4.6.2调Q原理 d
NQ?8P-&
U EZnd8
4.6.3电光调Q DQ '= $z
t$NK{Mw5_
4.6.4声光调Q :.863_/
f}JiYZ
4.6.5染料调Q AJ_''%$I3:
k e'aSD
4.7激光锁模技术 O)y|G% O
A"(XrL-pV
4.7.1锁模原理 8$k `bZ
woCmpCN*I
4.7.2主动锁模 u@j]U|FpY
WmO.&zp
4.7.3被动锁模 OAoTsqj 6
lSGtbSyDI
思考练习题4 ldd|" [Ds
p"A2N +
第5章典型激光器介绍 kD&%
7Vz
a$0,T_wD
5.1固体激光器 F't4Q
K4 \{G
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 Gk<M@d^hQ
:@BAiKa[wa
5.1.2固体激光器的泵浦系统 Af~>}-`a
%49P<vo`?
5.1.3固体激光器的输出特性 =:)p\{B
v2OK/W,0
5.1.4新型固体激光器 0 rM'VgB
Gjhpi5?%8
5.2气体激光器 d']CBoK
!*[Fw1-J
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 7ojU]l y
F#0y0|
5.2.2二氧化碳激光器 ]>j>b HG
]q#w97BxiJ
5.2.3Ar＋离子激光器 )uj:k*`)
iME )Jl&
5.3染料激光器 0:NCIsIm<
:Ma=P\J
W
5.3.1染料激光器的激发机理 0\qLuF[)
UH8q:jOi
5.3.2染料激光器的泵浦 nK95v }p}Y
DrAp&A|WV|
5.3.3染料激光器的调谐 ,]A|z ~q
Pu|PIdu!08
5.4半导体激光器 9%{V?r]k
I&2)@Zw
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 yf >
r G
^("23mhfJ
5.4.2PN结和粒子数反转 2O|jVGap5x
rM?O 2n
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 `S`,H
8C,}nh
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 mP!=&u fcU
8i
epG
5.5其他激光器 8iv0&91 Z
eo#2n8I>=1
5.5.1准分子激光器 I_?+;<n
/Bt+Ov3k
5.5.2自由电子激光器 S* aVcyDEP
bcM65pt_C
5.5.3化学激光器 v&7yqEm}B
*5e"suS2
思考练习题5 o\TXW qt
0|Rt[qwKb@
第6章激光在精密测量中的应用 2F}D?] A
Rc n6puZt
6.1激光干涉测长 n]%T>\gw
)9pRT
dT
6.1.1干涉测长的基本原理 ^ gy"$F3{`
TnuaP'xZ
6.1.2激光干涉测长系统的组成 1{fu
]'.D@vFGO
6.1.3激光外差干涉测长技术 @IXvp3r
=c-Y >
6.1.4激光干涉测长应用举例 +.c zj,Sq
j1 Ns|oph1
6.2激光衍射测量 +hIC N,8!
0: 1[F!]'b
6.2.1激光衍射测量原理 MvCB|N"q y
h^B~Fv> ~
6.2.2激光衍射测量的方法 hL?"!
No\3kRB4bi
6.2.3激光衍射测量的应用 n<)g S7
G5oB e6\C
6.3激光测距 Kggc9^ 7
! %~P[;.
6.3.1激光脉冲测距 cv=H6j]h |
tM:%{az
6.3.2激光相位测距 B[$L)y'-;
B4# XQ-
6.4激光准直及多自由度测量 J4) ?hS
0Tv0:c>8;(
6.4.1激光准直仪 'NAC4to;;
m=4hi( g
6.4.2激光衍射准直仪 x/d(" Bb
mNQ~9OJ1
6.4.3激光多自由度测量 5/E7@h ,
{W' 9k
6.5激光多普勒测速 i-YSt5iq
*SmR|Qy
6.5.1运动微粒散射光的频率 3oQ?VP
(i.7\$4
6.5.2差频法测速 i)1013b
Zk+c9, q
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 C"*8bVx]$n
+a'["Gjq;
6.6环形激光测量角度和角加速度 />X"' G
t _"]n*zk1
6.6.1环形激光精密测角 %E"dha JY
lzbAx
6.6.2光纤陀螺 H/^t]bg,
=M],5<2;
6.7激光环境计量 Q/%] %d
\c\z 6;j
6.8激光散射板干涉仪 haSC[[o=
=M ."^ X
思考练习题6 4(%LG)a4S
T1U8ZEK<iu
第7章激光加工技术 c na/?V
\LYNrL~?J
7.1激光热加工原理 [Te"|K ':
PLueH/gC .
7.2激光表面改性技术 nr?| !gj
:>*0./hG
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 O!k C
Yl`)%6'5|
7.2.2激光表面熔凝技术 9YvK<i&I
@=6*]:p2.
7.2.3激光熔覆技术 O gtrp)x9
V$fn$=
7.3激光去除材料技术 hkDew0k
r!&}4lHYi
7.3.1激光打孔 oC~+K@ S
m:)s UC0
7.3.2激光切割 v
8B4% 1NE
'pHxO,vo
7.4激光焊接 *[+{KJ
o#QS: '|
7.4.1激光热导焊 /2x@Z>
]T;
7.4.2激光深熔焊 #By~gcN
sEHA?UP$<F
7.4.3激光复合焊 sI5S)^'IQ
<T`&NA@%~$
7.5激光快速成型技术 -J;;6aA
ld[BiP`B2V
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 9P&{Xhs7
6B!v;93U
7.5.2激光快速成型技术 B4eV $~<
$Ned1@%[
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 OV/
&'rC
{.r
#j|
7.6其他激光加工技术 f/670Acv
[{.9#cQ "
7.6.1激光清洗技术 F13vc~$Ky
[e7nW9\l
7.6.2激光弯曲 [mFgo
il
: U,-v
思考练习题7 6 T6UIq
!,O Y{='
第8章激光在医学中的应用 p?O6| q
'x u! t'l&
8.1激光与生物体的相互作用 Huc|HL#C
w3FEX$`_
8.1.1生物体的光学特性 3'!*/UnU
oC}2 Z{
8.1.2激光对生物体的作用 V)c.AX5
T:3}W0s,
8.1.3激光对生物体应用的优点 A2''v3-h8
F- {hXM
8.2激光在临床治疗中的应用 4ah5 }9{g
ut^6UdJ+`
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 ;v5Jps2^]
[tkP2%1
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 Ga\kvMtr
t[:G45].-k
8.2.3激光在眼科中的应用 'H (khS
tja7y"(]
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 ]\F}-I[
0RHjA& r3v
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 lz4M)pL^
9P*p{O{_
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 $9ys!
<g
ok{
F=z
8.2.7光动力学治疗 }1|FES
zYEb#*Kar
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 q>m[vvt"
zKQXmyO
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 p:xVi 0
nTHCb>,vM
8.3.2激光断层摄影 d5'4RYfkQ
%$F_ oO7"
8.3.3激光显微镜 pg3h>)$/
mW1T4rR'
8.4医用激光设备 yGC3B00Z
wRJ`RKJ-T
8.4.1医用激光光源 0}q* s!
WQv`%%G2>
8.4.2医用激光传播用光纤 toel!+
W];l[D<S*
8.5激光应用于医学的未来 T^S $|d
R (IYb%L
8.5.1医用激光新技术 [#2X
+THK
Jn!>
8.5.2光动力学治疗的前景 k <
2Zr,@LC
思考练习题8 oG=4&SQ
eV\VR
!!i
第9章激光在信息技术中的应用 R0 T{9,;[`
uHPd!# ]
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 ft?c&h;At
!JbWxGN`jn
9.1.1半导体激光器 c"pu"t@/Z
ddw^oU
9.1.2光纤激光器 g5t` YcL
}r|$\ms
9.1.3光放大器 !f G}<6&i
;]_h")4"c
9.2激光全息三维显示 ?L6pB]l8b
\I 7,1I
9.2.1全息术的历史回顾 pQk@
+r
S&NWZ:E3[
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 `I t3X.^}
0lS=-am
9.2.3白光再现的全息三维显示 40 %<E
EU .!/'<
9.2.4计算全息图 rV B \ \
[I=1
9.2.5数字全息术 ,OBJ>_5
mJ+mTA5bW
9.2.6全息三维显示的优点 qD {~QHDa
= $uSa7t#
9.2.7全息三维显示的应用 m[tsG=XBN
C'a#.LM
9.2.8全息三维显示技术的展望 nTr{ D&JS
z|O3pQn~
9.3激光存储技术 u|75r% p>
i)7B :uA
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 ] r>m{"~E
>`I%^+ z
9.3.2激光光盘存储 L4v26*P
ov,[F< GT
9.3.3激光体全息光存储 ap Wv+A
64t:
9.3.4激光存储技术的新进展 O T .bXr~
w6|l ~.$=
9.4激光扫描和激光打印机 z~#d@c\
; jFUtG
9.4.1激光扫描 kn}bb *eZ
K?*p|&Fi?8
9.4.2激光打印机 h=d FSK?*D
$j/#IzD1D
9.5量子光通信中的激光源 =J'&.@Dwz
C9n*?Mk:
9.5.1量子光通信 [I78<IJc
.-GC,&RO
9.5.2量子态发生器及应用 L@ `:mK+;
)3)x/WM
思考练习题9 6yd?xeD
1Sd<cOEd
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 ;Hn>Ew
+.McC$! s
10.1激光核聚变 Tbg Ir
a"phwCc"%
10.1.1受控核聚变 WP
!u3\91
[@/s! i @
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 %XH%.Ps/
S0 ?e/VWy
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 jfp bD
/
=h[;'v{
10.2激光冷却 l f_q6y
U _~r0
10.3激光操纵微粒 n7hjYNJ
CgKFI
10.3.1光捕获 JsDT
_C@<*L=Q
10.3.2微粒操纵 cQ(,M
g:Fo7*i
10.4超越经典衍射极限的分辨率 xmHW,#%ui\
Pa "[&{ :
10.4.1解析延拓 / @0
fkD-mRKw
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 JY$+<`XM
j<}y( ~
10.4.3傅里叶叠层算法 ORFi0gFbA
x/IAc6H~_8
10.4.4相干谱复用 -* W\$ P
-+kTw06_C
10.4.5非相干结构光照明成像 g|5cO3m0'
2tZ\/6G<
10.4.6超分辨荧光显微镜 k]S`A ,~
Su*Pd;
10.5激光光谱学 Nl9}*3r
PKYm{wO-
10.5.1拉曼光谱 O ;m [
bDnT><eH
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 \:E=B 1
M7//*Q'?
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 Y.E]U!i*
=r^Pu|
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 wPaMYxO/
rvPmd%nk-
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 Qk].^'\
_7,4C?
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 LcG G~P|ML
h&x;#.SYK
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 jk1mP6'P|
"`
kSI&2
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 )V9 wU1.
K.42 VM)F
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 Z%QU5.
WTwura,
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 d%#5roR4<
9HZR%s[J
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 -S
0dr8E
E<77Tj
思考练习题10 B X Et]+Q
8HL8) G6
附录A随机变量 (~]0)J
.{"wliC2
A.1概率的定义和随机变量 :Kk+wp}f #
"(vm0@8><
A.2分布函数和密度函数 3j/~XT
a4Y43 n
A.3推广到两个或多个联合随机变量 '(SqHP|8&g
=|IY[2^
A.4统计平均 8-FW'bA
%( #kJZ
附录B随机过程 5KL??ao-
(`&E ^t
B.1随机过程的定义和描述 [ wM]w
;bkvdn}
B.2平稳性和遍历性 Zn] !*}
oTk?a!Q
参考文献 imZ"4HnPP
!z"nJC
 07 7 wk
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