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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。 nS xFz!
1+;Z0$edxz
[attachment=99403] L"Y_:l3"7
vby[# S|
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 O+vuv,gNi
^l\U6$3
1.1光的波粒二象性 s&vRE x(
(rfU=E
1.1.1光波 H ]@M00C
/A3tY"Vn
1.1.2光子 Fl,(KST z
n[Jpy [4g
1.2原子的能级和辐射跃迁 ZJev_mj
O ][R "5d
1.2.1原子能级和简并度 ?+S jt
YEG RM$'`
1.2.2原子状态的标记 --SlxV/x
k@1\ULo
1.2.3玻尔兹曼分布 J!sIxwF
s53 Pw>f
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 c#eV!fl>&
I$@0FSl
1.3光的受激辐射 c]]OV7;)>
T _}9b
1.3.1黑体热辐射 $bQ[H[4l
Gni<@;}
1.3.2光和物质的作用 I
f9t^T#
)l}Gwd]h
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 D+Osz
N%Gb
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 sqkk 4w1#C
}?zy*yL
1.4光谱线增宽 U ~krv> I
p<#WueR[
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 %5|awWo_?
d(u"^NH;
1.4.2自然增宽 $[5S M>e]
_U%a`%tU.
1.4.3碰撞增宽 .W _'6Q+
< -xI!o"}
1.4.4多普勒增宽 pW Y $aI
0fhz7\a^_<
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 d{?X:*F
H$2<N@'4z
1.4.6综合增宽 37 Z@a!#
V=%j ]`Os
1.5激光形成的条件 6?an._ C
#*Q nO\.
1.5.1介质中光的受激辐射放大 X 4\
[ =dK %7v
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 9r,)Bw!RP
L4bx [
思考练习题1 e nsou!l
Cmy Cne
第2章激光器的工作原理 rr /0pa$
V^9c:!aI
2.1光学谐振腔结构与稳定性 =+{SZh@
F@</Ev
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 ! zc?o?~z
B(+J?0Dj
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ] B
ZSW
^Ec);Z
2.1.3稳定图的应用 6M({T2e
0s >ozAJ
2.2速率方程组与粒子数反转 HE>6A|rgDr
UVND1XV^f
2.2.1三能级系统和四能级系统 Uy $1X
-:mT8'.F -
2.2.2速率方程组 HV_5
+
8t4o}3>
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 3i KBVN
/_yJ;l /K
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 @3T)J,f
b#XY.+ *0
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 q]}fW)r
NJ 6*
7Cd
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 X@:[.eI~
z"[}Sk
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 ^*!Tq&Dst|
Rn(6Fk?
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 kkvG=
m-%.LDqM
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 1|U8D K
F#<$yUf%
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 PH6!T/2[
1?6zsA%N
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 bq+ Q$#F2X
NR </Jm*
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 YzasT:EZN
>fX_zowX
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 X:3W9`s )*
>ZX&2 {
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 Gp& o
ak_&\'P
2.5激光器的损耗与阈值条件 6 ;JlA})
1?!z<<
2.5.1激光器的损耗 5Vq&w`sW
Dht,!LVb;
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 S .i CkX
w-2?|XvDmf
2.5.3阈值条件 2m! T . $
PG@Uygahu
2.5.4对介质能级选取的讨论 P LHiQ:
*3A`7usU
思考练习题2 71)DLGL
AE UXdMo
第3章激光器的输出特性 'h]sq {
},tN{()
3.1光学谐振腔的衍射理论 ,lso xl
-FxE!K
3.1.1数学预备知识 1-!q,q
,m"0Bu2
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 -c_}^j
oZ
CvEVUk
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 &O&; v|!9
dE ,NG)MH
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 OVy ZyZ#
Y1=.46Ezf
3.2对称共焦腔内外的光场分布 # Vq"Cf
dc]D 8KX
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 xoT|fgb
szZ8-Y
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 y,YK Mc
bOvMXj/HV=
3.3高斯光束的传播特性 ?H 30
2Pa Rbh{"
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 EKr#i}(x<
I4Y; 9Gg
3.3.2高斯光束的相位分布 =W* Js %4
<aScA`\B#
3.3.3高斯光束的远场发散角 cVR#\OM
+ f+#W
3.3.4高斯光束的高亮度 _--kK+rU
(hb\1 wZ
3.4稳定球面腔的光束传播特性 qh IO7 h
JGZxNUr^
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 BS(XEmJn&j
li`4&<WGC
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 D=!e6E<>@
C{5^UCJkg
3.5其他几种常用的激光光束 cD!y d^QE
K]bw1K K
3.5.1厄米-高斯光束 @a[Y[F S
Y +[Z,
3.5.2拉盖尔-高斯光束 DqQ+8 w
2)W~7G ED
3.5.3贝塞尔光束 Uiz#QGt
O=A(x m#
3.6激光器的输出功率 q| EE
em
Q^Lk^PP7
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 ~8 htg8CZ`
|IgH0
zZ
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 E+tV7xa~
S ,'y
L7s
3.7激光器的线宽极限 u#>*"4Q
Qgel^"t]i
3.8激光光束质量的品质因子M2 @71n{9
n>5/y
c"/q
3.9模式激光的某些一阶统计性质 j/h> G,>T=
en1NFP
3.9.1单模激光的一阶统计性质 FK:Tni
!K0:0:
3.9.2多模激光的一阶统计性质 9pPohR*#V
QE b
^'y
思考练习题3 `'gadCTb=
K9@F1ccQ/
第4章激光的基本技术 xi!CZNz
+)cjW "9
4.1激光器输出的选模 chQCl3&e^
"T?hIX/p _
4.1.1激光单纵模的选取 Vw P+tM
0~;Owu
4.1.2激光单横模的选取 W :qQ
?[`*z?}
4.2激光器的稳频 " : G\
)j^~=Sio.
4.2.1影响频率稳定的因素 |oL}c!0vs
42If/ N?
4.2.2稳频方法概述 /xu#ZZ?8F_
w:0=L`<Eu
4.2.3兰姆凹陷法稳频 }r)T75_1
4 ,yS7l
4.2.4饱和吸收法稳频 Te :4 z@?
GCEcg&s=\S
4.3激光束的变换 #K[UqJ+x
vp#A D9h1
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 6')pM&`t
F K2* O
4.3.2高斯光束的聚焦 ^#Ruw?D
kg@Okz N%
4.3.3高斯光束的准直 o(w xu)
r*gQGvc
4.3.4激光的扩束 ~%8T_R /3
x_yQoae
4.4激光调制技术 H f g2]N
wk'12r6=(-
4.4.1激光调制的基本概念 \TF='@u.
X` n)]~
4.4.2电光强度调制 2y t)"DnFk
:|P[u+v
4.4.3电光相位调制 P m
Zb!|
X5V8w4NN
4.5激光偏转技术 O8 \dMb
8^8fUN4<=
4.5.1机械偏转 Ac'0
Q=+*OQV29
4.5.2电光偏转 +5>*$L%8T`
a*oqhOTQ
4.5.3声光偏转 v *pN~}5
_$oN"pj
4.6激光调Q技术 -!~ T$}/F
{[<o)k .A
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q ]V 4Fm{]
$0f( G c|
4.6.2调Q原理 |lnMT) ^D
k /hD2tBLu
4.6.3电光调Q 2Gw2k8g&
bGO[P< <
4.6.4声光调Q \m\E*c
):
?
_>L<Y
4.6.5染料调Q G(n
e8L8
6w )mo)<X
4.7激光锁模技术 ^E)*i#."4
zn=I fz)#|
4.7.1锁模原理 jIzkI)WC|
</.9QV
4.7.2主动锁模 mHiV } ;$
;E!(W=]*F
4.7.3被动锁模 !P_8D*^9
{`Jr$*;
思考练习题4 yqY nd<K4
9}=]oX!+V
第5章典型激光器介绍 OrZ =-9"
=`1#fQDt
5.1固体激光器
d&@>P&AT
-_p +4tV
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 npj_i /&g
YM:;mX5B
5.1.2固体激光器的泵浦系统 vjzpU(Sq#
G~ldU:
?
5.1.3固体激光器的输出特性 Q7~ 9~
[b=l'e /
5.1.4新型固体激光器 ;`{PA
! >
I|`/#BYbW
5.2气体激光器 -Tzp;o
Ji#"PE/Pt
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 t=K;/ 1
>\/H 2j
5.2.2二氧化碳激光器 X:un4 B}O
O]XdPH20
5.2.3Ar＋离子激光器 y,i ~w |4
@jKiE%OP
5.3染料激光器 |U GmI m%
x=/`W^t2
5.3.1染料激光器的激发机理
^"U-\cx
tm"9`
5.3.2染料激光器的泵浦 B;3lF ;3`
c Im_~HH
5.3.3染料激光器的调谐 TSl:a &
H(JgqbFB*
5.4半导体激光器 zE~{}\J
J0 [^hH
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 <3 b|Sk:T
=u*\P!$
5.4.2PN结和粒子数反转 aZk /\&=6
ae&i]K;
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 WT-BHB1
7lC );
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 d~G, *
L7gZ4Hu=`
5.5其他激光器 !zu YO3:
c Nhy.Z~D
5.5.1准分子激光器 M_:_(y>l
4P>[ ]~S
5.5.2自由电子激光器 efc<lSUR
f>*D@TrU
5.5.3化学激光器 k2"DFXsv
\1[=t+/
思考练习题5 aB=&X GV9
nB~h mE)
第6章激光在精密测量中的应用 ];3]/b)&
WDM ^rjA|j
6.1激光干涉测长 ,n}h_ct
(O&R-5m
6.1.1干涉测长的基本原理 0wh4sKm[X
i gy Tvt!
6.1.2激光干涉测长系统的组成 bv NXA*0
PNSV?RT*pG
6.1.3激光外差干涉测长技术 *2? -6
G$eA(GE
6.1.4激光干涉测长应用举例 mMz^I7$
csEF^T-
6.2激光衍射测量 oHW:s96e
|8|_^`
6.2.1激光衍射测量原理 &B3[:nS2
5t,W'a_
6.2.2激光衍射测量的方法 A ;06Zrf1
aJ4y%Gy?
6.2.3激光衍射测量的应用 D~(f7~c%
J&B>"s,
6.3激光测距 I}Fv4wlZG
rryC^V ma
6.3.1激光脉冲测距 6 *{sZMG
{mkD{2)KQ
6.3.2激光相位测距 #835 $vOe
Bb~Q]V=x;
6.4激光准直及多自由度测量 $4*wK@xu
K [.*8
6.4.1激光准直仪 |5;:3K+
l2&s4ERqSm
6.4.2激光衍射准直仪 =k{ n! e
/qKO9M5A
6.4.3激光多自由度测量 (]Pr [xB
t&oNC6
6.5激光多普勒测速 zL%ruWNG
4P>4d +
6.5.1运动微粒散射光的频率
@_ZE_n
7 V="/0a
6.5.2差频法测速 Qw,{"J
mBQp#-1\
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 ;%wY fq~P
5LkpfmR
6.6环形激光测量角度和角加速度 e2}5<
7
(FY<% .Pa
6.6.1环形激光精密测角 kdam]L:9
d:_3V rRZ
6.6.2光纤陀螺 k* U(ln
gdx 2&~
6.7激光环境计量 a%IJ8t+m n
)J"*[[e
6.8激光散射板干涉仪 3jJd)C R
KkCA*G S
思考练习题6 .*x |TPv{
pSPVY2qKX
第7章激光加工技术 ]9 ArT$
m|c5X)}-
7.1激光热加工原理 l_1y#B-k5
KiaQ^[/ q
7.2激光表面改性技术 ,lUroO^^
[%1 87dz:D
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 m,qMRcDF
QrX 5Kwq
7.2.2激光表面熔凝技术 3lw8%QD>
s^QXC mb$8
7.2.3激光熔覆技术 $ lC*q
Jq1^}1P
7.3激光去除材料技术 x3QQ`w-
|_H{ B+.
7.3.1激光打孔 (H*EZ
;r1.Uz(
7.3.2激光切割 W,53|9b@
k uZs30^
7.4激光焊接 v< Ozr:lL
c[6=&
7.4.1激光热导焊 ^]_5oFRIj
PIthv [F
7.4.2激光深熔焊 XSv)=]{
!ot$ Q
7.4.3激光复合焊 "(QI7:iM
~t,-y*=
7.5激光快速成型技术 > (9"D8
KsG>,#
Q
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 E979qKl
GQvJj4LJp
7.5.2激光快速成型技术 p&O-]o8
:8CYTEc
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 +'!4kwT R
B'U;i5u4'
7.6其他激光加工技术 hj* Fn
.zM M!l3
7.6.1激光清洗技术 b~L8m4L
#R#o/@|
7.6.2激光弯曲 .o"FT~}z
1^HUu"Kt
思考练习题7 ]ICBNJ
re%MT@L#
第8章激光在医学中的应用 .15^c+j
uTq)Ets3
8.1激光与生物体的相互作用 G#(+p|n
(F.vVldBy
8.1.1生物体的光学特性 B*,Qw_3dG
#ozQ F~
8.1.2激光对生物体的作用 OpT0V]k^"9
M%#H>X\/
8.1.3激光对生物体应用的优点 ;i,:F`b~
a#NP69
8.2激光在临床治疗中的应用 LqOjVQ xz
+'{@Xe}
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 y~j YGN
DP-euz
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 >8>}o4Q/X
KDW=x4*p
8.2.3激光在眼科中的应用 Ou'<9m!9
HXg4
T
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 [ ]LiL;A&
(!iGQj(m
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 Zt7Gf
9tZ+ ?O5
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 Z?o?"|o
=nTNL .SX
8.2.7光动力学治疗 H>/LC* 8-
~H+W[r}
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 A8by5qU
g'Id3 1r'
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Dqu][~oQ
Db5y";T
8.3.2激光断层摄影 ^HM9'*&KJ
e52y}'L
8.3.3激光显微镜 hV6=-QL*B
T M1D|H
8.4医用激光设备 Ksu_ 4dE
J91O$szA
8.4.1医用激光光源 3|FZ !8D
k.d Q;v}
8.4.2医用激光传播用光纤 *z{ .9z`
C*f3PB=H_
8.5激光应用于医学的未来 ~=pAy>oV
UVIR
P#
8.5.1医用激光新技术 G^ 2a<?Di
WV8?zB1
8.5.2光动力学治疗的前景 sJHN4
6x _t X
思考练习题8 \XUG-\$p
:.k)!
第9章激光在信息技术中的应用 n~wNee
fjh0Z i45
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 4X prVB
vMQvq9T}
9.1.1半导体激光器 ny,a5zEnF
f/VrenZ_
9.1.2光纤激光器 P i lV5Gg
D#~S< >u@
9.1.3光放大器 KC`~\sYRN]
<f'2dT@6
9.2激光全息三维显示 Y8f ahQ#
L< gp "e
9.2.1全息术的历史回顾 NSPa3NE
I 9 R\)3"
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ~D9VjXfL)
*Y@)t*
-a
9.2.3白光再现的全息三维显示 Dn#GoDMJ[
V(Dn! N z
9.2.4计算全息图 N]k(8K
SuHv{u45
9.2.5数字全息术 JmR)
g
P9RIX;A=
9.2.6全息三维显示的优点 (M5{y` Kk
N` DLIv8i;
9.2.7全息三维显示的应用 A/xWe
_v+mjDdQ
9.2.8全息三维显示技术的展望 ly{Q>MBM
V`n;W6Q17
9.3激光存储技术 rX*ATN
\ :*<En0
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 wM^_pah#Y5
{c3u!} mW
9.3.2激光光盘存储 QqC4g]
~[mAv #d&i
9.3.3激光体全息光存储 u
I \ zDR
Tu'/XUs;k
9.3.4激光存储技术的新进展 5nGDt~a
=.]>,N`C
9.4激光扫描和激光打印机 ?`nF"u >
H8ws6}C
9.4.1激光扫描 ;gh#8JkI
yvgn}F{}
9.4.2激光打印机 $hkMJ),T~
CTbz ?Kn
9.5量子光通信中的激光源 b Hr2LhQCN
T/_JXK>W
9.5.1量子光通信 #>|l"1
_Gf.1Bsf@S
9.5.2量子态发生器及应用 EzDj,!!<w
Q e!Q
$
思考练习题9 5K;vdwSB
7 H-,:8
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 Uf`lGGM
? 9.V@+i
10.1激光核聚变 R?Dbv'lp >
j;tT SNF
10.1.1受控核聚变 +P7A`{Ae
cm8-L[>E
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 &AMW?vO
] y'/7U+
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 brkR,(#L3
ICD(#m
10.2激光冷却 gz K"'4`
U8P nt|0 M
10.3激光操纵微粒 !OJ@
=y`i
'8NKrI
10.3.1光捕获 |k wkikGQS
_jw A_
10.3.2微粒操纵 9E (VU.
^N!l$&=
10.4超越经典衍射极限的分辨率 1Ftl1uf
OXC7
m
10.4.1解析延拓 <By R! Y
e!wS"[,
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 d9XX^nY.
OQ$77]XtvL
10.4.3傅里叶叠层算法 rSIb1zJ
e&C(IEZ/N;
10.4.4相干谱复用 -R,[/7zj
O[3 AI^2
10.4.5非相干结构光照明成像 AW8" @
fCSM#3|,]
10.4.6超分辨荧光显微镜 Jy 'ge4]3
0gBD
10.5激光光谱学 TxhTK5#f
'|0Dt|$
10.5.1拉曼光谱 vgzNT4o
=nEl m*E
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 WV5gH*uUa
"HW~|M7>(
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 .`!|^h%0
k--.g(T
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 q P@4KH} e
W:uIG-y~
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 ?op6_a-wm
. `lcxC
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 (=${@=!z
OHzI!,2]
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 --0z"`@{
D"F5-s7
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 f/ 9]o
Hw34wQX
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 NYD#I{h
w \pD'1e
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 >9D=PnHnD
o}p6qB=;1
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 \%9,< -~[
7-+X -Y?
思考练习题10 ^;B
vd!
}io9Hk>|
附录A随机变量 w
.l 2
]* pALT6
A.1概率的定义和随机变量
PA"xb3@I
GLA,,i'i9
A.2分布函数和密度函数 Tn[DF9;?
"])X0z yM
A.3推广到两个或多个联合随机变量 Z>Nr"7k
7t\W{y
A.4统计平均 pYJv|`+
;$(a+?
附录B随机过程 3|RfX
6q?C"\_
B.1随机过程的定义和描述 1i9}mzy%
&|xN=U/
B.2平稳性和遍历性 /ocdAW `0
e J>(SkR:[
参考文献 #KZ- "$
Zb`}/%\7
 pL>Q'{7s3
y}ez js
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