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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。 E-9>l b
iF: NDqc
[attachment=99403] 'L1yFv
-G1R><8[
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 EcR[b@YI
uW(Ngcpr
1.1光的波粒二象性 925T #%y
)>rYp
)
1.1.1光波 Q\^B OdX^`
'o8,XBv-
1.1.2光子 &` "uKO]
\u /=?b
1.2原子的能级和辐射跃迁 H!y-o'Z
#Gu wbg
1.2.1原子能级和简并度 -|czhO)R
MzW!iG
1.2.2原子状态的标记 wx G*mOw
MA 6u JT
1.2.3玻尔兹曼分布 cnDBT3$~Z
~a>3,v -
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 fhHTp_u)2
esv<b>`R
1.3光的受激辐射 qm=9!jqC;
7,{!a56zX
1.3.1黑体热辐射 m}m|(;T
MA mjoH
1.3.2光和物质的作用 ;UQ&yj%x
'Te'wh=Y
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 >BMtR0
lzz68cT
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 i8/"|+Z
~VF?T~Kr_
1.4光谱线增宽 w (,x{Bg\
p AtxEaXh
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 u])MI6LF
cPl$N5/5
1.4.2自然增宽 KXo[;Db)k
Nm0|U.<
1.4.3碰撞增宽 cn
;2&
\FIOFbwe
1.4.4多普勒增宽 M[Jy?b)
`]2y =f<{X
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
A^pRHbRq
~HX'8\5
1.4.6综合增宽 [4}U*\/>C
L<N=,~
1.5激光形成的条件 04E#d.o '
,5|@vW2@u
1.5.1介质中光的受激辐射放大 4L2TsuLw
e({-. ra
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 \/ /{\d
Z@#k ivcpz
思考练习题1 4V5h1/JPm
\z=!It]f.
第2章激光器的工作原理 mLeK7?GL
L8KMMYh[
2.1光学谐振腔结构与稳定性 rge/qUr/^
]*AQT 7PH
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 v}"DW?
iC<qWq|S_m
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ~w$ ^`e!]
^{+_PWn
2.1.3稳定图的应用 b U>. Bp]
5SHZRF(. 2
2.2速率方程组与粒子数反转 h\ OMWJ~
qmGLc~M0
2.2.1三能级系统和四能级系统 "[\TL#/
*f+D V[DF
2.2.2速率方程组 y$HV;%G{26
c0:`+ >p2
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 b,RQ" {
M vlqx J$
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 X~g~U|B@
xAAwH@ +
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 2xpI|+ a%
7a<:\F}E0
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 )Es|EPCx!
agPTY{;
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 4Y }{?]>pu
4#w Z#}
2.3.1均匀增宽介质的增益系数
i(n BXV{
Zm/I &
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 |jTRIMj%,_
[#C(^J*@c
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 :^992]EBEj
HO9w"){d$
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 CR '1,
>Y"Ru#J u9
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 4xD`Z_U
@
M
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 jB %aH UF;
8~8VoU&
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 #w# :f
W(,3j{d2i
2.5激光器的损耗与阈值条件 c R6:AGr
NN@'79x
2.5.1激光器的损耗 @PyZ u7 '
F'9#dR?
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 , L VZ
:c`Gh< u
2.5.3阈值条件 (E]q>'X
pt=H?{06
2.5.4对介质能级选取的讨论 ^s?=$&8f![
0hM!#B U5K
思考练习题2 C0 %yGLh &
*32hIiCm
第3章激光器的输出特性 m>ApN @n
)lrmP(C*.a
3.1光学谐振腔的衍射理论 &'<e9
LF\HmKM,
3.1.1数学预备知识 6$A>%Jtwe
6h:2,h
pE
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 /V$U%0
9B?-&t
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 :Svg XMY@
;HoBLxb P
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 20A`]-D
5l4YYwd>v
3.2对称共焦腔内外的光场分布 6>&h9@
fm1yZX?`
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 r: M>/Z/
S> V+IKW;(
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 cZl Ddr%
XsbYWJdds
3.3高斯光束的传播特性 0<#>LWaM_
T1=T
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ; Bwg'ThT
bfX y uv
3.3.2高斯光束的相位分布 l~Rd\.O
z~ (3S8$
3.3.3高斯光束的远场发散角 ZGj ^,? a
d=d* :<Zx
3.3.4高斯光束的高亮度 h1 pEC
;9$7 1E
3.4稳定球面腔的光束传播特性 Xli$4 uL
jIi:tO9G^,
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 2xK v;
#Ic)]0L
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 VDTt}J 8
@A'@%Zv-
3.5其他几种常用的激光光束 Lv
UQ&NmY
#gsJ
tT9
3.5.1厄米-高斯光束 mLm?yb:
3t9 Weo)
3.5.2拉盖尔-高斯光束 @|([b r|O
#pcgfV l
3.5.3贝塞尔光束 B;e (5y-
<NWq0 3:&
3.6激光器的输出功率 A~}5T%qb
'e/ wjV
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 LS]0 p #
%z~=J z^
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 QtQbr*q@%
76cLf~|d~
3.7激光器的线宽极限 fPPC` d&Q3
/]oQqZHv
3.8激光光束质量的品质因子M2 /V
GI@"^v
?W2 u0N
3.9模式激光的某些一阶统计性质 ;2 P
CorV!H4
3.9.1单模激光的一阶统计性质 DS=$*
Trk
T>68 ,; p
3.9.2多模激光的一阶统计性质 l "-Z#[
lhC hk7l
思考练习题3 Z+=M_{`{
G>Hg 0u0!,
第4章激光的基本技术 =;Dj[<mJ45
Q[{RN ab
4.1激光器输出的选模 MX iQWg$
R$X~d8o>%
4.1.1激光单纵模的选取 "+E\os72|
_"* }8{|
4.1.2激光单横模的选取 *:"@
V503
4.2激光器的稳频 ;y_ ]w6|n
yd=b!\}WJ
4.2.1影响频率稳定的因素 ocu,qL)W
b~qH/A}h
4.2.2稳频方法概述 yzT4D>1,
iX[g
4.2.3兰姆凹陷法稳频 2VzYP~Jg
5|5p -B
4.2.4饱和吸收法稳频 IC?(F]$%>
2RQ- L
4.3激光束的变换 /,`OF/%
e3 ce?gk
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 A=3L_
#nO
T<-_#}.Hn
4.3.2高斯光束的聚焦 \W]gy_=D{
SL-;h#-y
4
4.3.3高斯光束的准直 s VHk;:e>x
/'VbV8%
4.3.4激光的扩束 9:P]{}
yzv"sd[8N
4.4激光调制技术 AJm$(3?/D
w@<II-9L)<
4.4.1激光调制的基本概念 +IO>%
m7DKC,
4.4.2电光强度调制 tj$[szo
'Z B^=T
4.4.3电光相位调制 K|YB)y
2?SbkU/3|P
4.5激光偏转技术 Z"RgqNf
`CI_zc=jx
4.5.1机械偏转 R<U]"4CBx
0EF~Ouef
4.5.2电光偏转 g/fpXO\
8x g^="OJ
4.5.3声光偏转 vFB^h1k~.M
9!
/kyyU
4.6激光调Q技术 px "H
QW $p{ zo
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q g4 e W<
+D:8r|evH
4.6.2调Q原理 SI=u-'%
HC/z3b;
4.6.3电光调Q ?:ZB'G{%E
&iVdq r1,
4.6.4声光调Q ,T`,OZm
#K6cBf qI
4.6.5染料调Q #
)y/aA
RQb}t,
4.7激光锁模技术 wV"`Du7E;
Yu>DgMW
4.7.1锁模原理 fj)) Hnt(|
0=#>w_B
4.7.2主动锁模 -^lc-$0
c#sHnpP
4.7.3被动锁模 u;gO+)wqv
i*Ldec^
思考练习题4 4] uj+J
uTxa5j
第5章典型激光器介绍 `}$o<CJ
Ph1XI&us9
5.1固体激光器 'Vo8|?.WhX
hU8Y&R)=9
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 s:Ml\['x
ylKK!vRHT
5.1.2固体激光器的泵浦系统 yGf7k>K'
:t{~Mi=T
5.1.3固体激光器的输出特性 R<Lf>p>_
Z0 jgUq`r
5.1.4新型固体激光器 /N"3kK,N
m|;(0
r ft
5.2气体激光器 (
%\7dxiK
"|L" C+tE
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 A913*O: \
^,acU\}VqP
5.2.2二氧化碳激光器 AQlB_ @ b
<4"-tYa
5.2.3Ar＋离子激光器 >H!Mx_fDL
W(`QbNJ
5.3染料激光器 `t&{^ a&Y"
#U b_m@@ 4
5.3.1染料激光器的激发机理 t>I.1AS
.h7s.p?
5.3.2染料激光器的泵浦 CwA _jOp
2gPq B*H
5.3.3染料激光器的调谐 qW0:q.
d9#Vq=H /
5.4半导体激光器 VT hr]$2Y
tcuwGs>_
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 jO-?t9^
50W+!'
5.4.2PN结和粒子数反转 :"\,iH
l@4_D;b3o"
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 sU ZA!sv
I6W`yh`I)
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 _\ToA9 m
9 CY{}g
5.5其他激光器 V&M*,#(?
&9p! J(C
5.5.1准分子激光器 /o9T [ ^\
.$qa?$ @
5.5.2自由电子激光器 |h>PUt@LL
4wl1hp> ,
5.5.3化学激光器
l _vGp
^Xk! wJ
思考练习题5 GXtMX ha,
OSgJj MQ
第6章激光在精密测量中的应用 b(H{i} {]
q$Gs;gz^(
6.1激光干涉测长 KA5)]UF`l
~VGnE:
6.1.1干涉测长的基本原理 'cW^ S7
,XD"
p1(|G
6.1.2激光干涉测长系统的组成 5)k8(kH
`g)}jo`W
6.1.3激光外差干涉测长技术 [XfR`@
c/;;zc
6.1.4激光干涉测长应用举例 h0GoF A<
Kc/1LeAik
6.2激光衍射测量 )dXa:h0RZ
RZOK+!H:
6.2.1激光衍射测量原理 ;[v!#+yml
{VgE0 7r
6.2.2激光衍射测量的方法 g {8RPw]
YG "Ta|@5
6.2.3激光衍射测量的应用 BuJo W@)
j js/6sSRk
6.3激光测距 *c0 H_8e
bz4Gzp'6k
6.3.1激光脉冲测距 >rSjP1-F
lSj
gN~:z
6.3.2激光相位测距 @,vmX
z
1|bXIY.J*
6.4激光准直及多自由度测量 '%N?r,x
C
~P4C`Q1PT#
6.4.1激光准直仪 ~6[?=mOi'
~f/|bcep
6.4.2激光衍射准直仪 h3ygL" k
U&!TA(Yr
6.4.3激光多自由度测量 54
lD+%E
JzyCeM =
6.5激光多普勒测速 kB7vc>@1
[GwAm>k
6.5.1运动微粒散射光的频率 uZqL'l+/y
7#V7D6j1
6.5.2差频法测速 h<9 s&
p
}V?m
=y [
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 1'kO{Ge*p:
4>JSZ6i#n
6.6环形激光测量角度和角加速度 E
C?}iP
F' bwXb**
6.6.1环形激光精密测角 dbp \tWaW
!`69.v
6.6.2光纤陀螺 E$ d #4x
+C( -f
6.7激光环境计量 YEL0h0gn
L*@`i ]jl
6.8激光散射板干涉仪 ?Oyo /?/
&?<uR)tl
思考练习题6 _y@ 28t
c4JV~VS+
第7章激光加工技术 Ln"wj O ,
EX8JlA\-W
7.1激光热加工原理 d?,'$$ aB
!3Q0Ahf
7.2激光表面改性技术 c[ dSO(=
p{f R$- d
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 Y(Q
0m|3P
M4^G3c<
7.2.2激光表面熔凝技术 eYOY
]\, ?u /
7.2.3激光熔覆技术 DfXkLOGik
z@*E =B1L
7.3激光去除材料技术 X! d-"[
N*Y[[ N(
7.3.1激光打孔 TI>5g(:3\
Q(|@&83].
7.3.2激光切割 l:HQ@FX
Xs 03..S
7.4激光焊接 dwO fEYC
Xp<q`w 0I,
7.4.1激光热导焊 lriezI
byHc0ktI\
7.4.2激光深熔焊 E`HoJhB
c%&,(NJ]K
7.4.3激光复合焊 m\:^9A4HCg
\CB^9-V3
7.5激光快速成型技术 Cbbdq%ySI
1p&.\ ^
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 (tK_(gO
H2X_W Swm
7.5.2激光快速成型技术 'L /)9.29
:1'
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 2/-m-5A
x Idb9hm<
7.6其他激光加工技术 G[ 64qhTC
{ FJM c O=
7.6.1激光清洗技术 .K
C*
(}-
/[R=-s ;
7.6.2激光弯曲 0s n$QmW:
FFT)m^4p.
思考练习题7 cV i _#9u"
fu7x,b0p
第8章激光在医学中的应用 xP8/1wd.
t]xz7 VQ
8.1激光与生物体的相互作用 <ZC .9
fB2ILRc
8.1.1生物体的光学特性 pa-*&p
Xo PJ?6 3
8.1.2激光对生物体的作用 }8'_M/u\
j{C~wy!J
8.1.3激光对生物体应用的优点 #} A"yo
^ AZ#tp%)
8.2激光在临床治疗中的应用 [R]V4Hb
yg\QtWW M
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 7%h;To-<6
'5} hm1,
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 A r-Vu{`
L*0YOE%=]
8.2.3激光在眼科中的应用 u#6s^
)W
Q Xd` P4a
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 N"9^A^w8k
y dWr& E5
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 yQJ0",w3o.
" 6,fIsU
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 &r,vD,
~/^fdGr
8.2.7光动力学治疗 %! ` %21
7mt x^
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 enk`I$Xx
kEh9J>|M
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 QL0q/S1*
_'p/8K5)=
8.3.2激光断层摄影 T
m"B
VEV?$R7;
8.3.3激光显微镜 }$)~HmZw
_DR@P(0>_
8.4医用激光设备 EH".ki=e
@tT`s^ e
8.4.1医用激光光源 4 95Y<x}=
(XK,g;RoEn
8.4.2医用激光传播用光纤 P`rfDQoZ
IlJ"t` Z9)
8.5激光应用于医学的未来 kTjn%Sn,
!\ b-Ot(
8.5.1医用激光新技术 ~,,r\ Y +
q,K|1+jn
8.5.2光动力学治疗的前景 (
yLu=
hUpour
|b
思考练习题8 fAh|43Y*a
s<*+=aIfu
第9章激光在信息技术中的应用 nLL2/!'n
u.E>d9
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 A":=-$)
cO:lpsKYQ
9.1.1半导体激光器 ;$td n?|
n)N!6u
9.1.2光纤激光器 [ __P-h{J
} :?*n:g5
9.1.3光放大器 c ,#=In2
f0eQq;D$K
9.2激光全息三维显示 hq4&<Zr(
:E{)yT
9.2.1全息术的历史回顾 \HxF?i "
B<~ AUf*y
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ' !$ QI@@
'*[7O2\%/
9.2.3白光再现的全息三维显示 h~Q Q-
e!=7VEB
9.2.4计算全息图 |>P:R4P
0~<?*{~
9.2.5数字全息术 JQ LQS
ju:}%'
9.2.6全息三维显示的优点 <e&v[
xJ#O|7N
9.2.7全息三维显示的应用 gHgqElr(
4~Q<LEly
9.2.8全息三维显示技术的展望 S%H"i
y
6r^Z MW
9.3激光存储技术 eG+$~\%Fub
T6SYXQd>.
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 J3+qnT8X
%#fjtbeB
9.3.2激光光盘存储 +% <kcc3
IUAe6
9.3.3激光体全息光存储 nVlZ_72d
P:J |![
9.3.4激光存储技术的新进展 8\nk a5
"#36-
9.4激光扫描和激光打印机 Cm5L9 9Y
dm[JDVv|
9.4.1激光扫描 lhQMR(w^
n=f?Q= h\3
9.4.2激光打印机 f:nX E&X[
U4Zx1ieCKH
9.5量子光通信中的激光源 R,7.o4Wt
RK*tZ
9.5.1量子光通信 XiV*d 06{
3f>9tUWhTy
9.5.2量子态发生器及应用 O*2{V]Y
@
vWW Q/^
思考练习题9 d:Z|It
/=V!lRs
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 ui"`c%2n
{
zL4dJw
10.1激光核聚变 "1d pv \
0LGHSDb
10.1.1受控核聚变 sw$JY}Q8x
* W"Pv,:
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 iyR5mA
)MV `'i
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 ?(kho L t
8z- wdO\
10.2激光冷却 :3s e/4y}
6QHUBm2
10.3激光操纵微粒 Di r# [j
lh\ `9F:
10.3.1光捕获 ?iaO+G &|
EnMc9FN(y
10.3.2微粒操纵 Vs>e"czfm/
Qm[ ) [M
10.4超越经典衍射极限的分辨率 lBG5~<NT
G]-\$>5R
10.4.1解析延拓 .^- I<4 .
X#W6; ?Z\
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 (-o}'l'mo
%Zeb#//Jz
10.4.3傅里叶叠层算法 GB*^?Ii
1[Q~&QC
10.4.4相干谱复用 [8b{Yba z
AAi4}
8+\
10.4.5非相干结构光照明成像 M (} T\R
Rs'mk6+
10.4.6超分辨荧光显微镜 ;F2"g TQS
r-hb]!t
10.5激光光谱学 |>JRJ"CFE
REOWSs$'
10.5.1拉曼光谱 .% \R L/
h?QGJ^#8
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 \O>;,(>i
EBmkKiI;
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 Qoz4 (~I
M\08 7k
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 =E HKu|rX~
Q2gz\N
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 {o %OG/!1
!'bZ|j%
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 :9|CpC`.
3|Y.+W
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 H9=8nLb.
)uCa]IR
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 Qj9'V I> &
nI`9|W
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 VkC1\L6
>Qf`xU Z
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 [WR*u\FF
w\>@> *E>
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 No'Th7=|S
,u5i iR
思考练习题10 9+'*
opReAU'I
附录A随机变量 ib(4Y%U6~
jq[Q>"f
A.1概率的定义和随机变量 ` 9DW}
D'
h %.
A.2分布函数和密度函数 RPTIDA))
k znm$2 b
A.3推广到两个或多个联合随机变量 &A&2z l %#
xQs._YY
A.4统计平均 WQNFHRfO*n
zE=^}K+
附录B随机过程 U5;Y o+z
:w9s bW
B.1随机过程的定义和描述 i7O8f ^|
FQB6`
M
B.2平稳性和遍历性 ^Zq3K
.#Lu/w' -M
参考文献 AYoLpes
s WMY
Lo
 CuYSvW
@=6$ImU
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