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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。 UvkJ?Bu
c 9rVgLqn!
[attachment=99403] h|bqyu
b5A Gk
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 U~aWG\h#X
[tUv*jw %
1.1光的波粒二象性 Dp*:Q){>E
)ll?-FZ
1.1.1光波 ngP7'1I
v&xKi>A il
1.1.2光子 AD^X(rW
NuU'0_")/
1.2原子的能级和辐射跃迁 W_^> M Lq
R0% ?:!
F
1.2.1原子能级和简并度 ]Ap`
>DL/ . .
1.2.2原子状态的标记 81Z4>F:
U.: sK*
1.2.3玻尔兹曼分布 Bwjg#1 E
osl=[pm
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 < CDA"
/Zc#j^_
1.3光的受激辐射 |U#DUqw
R1}IeeZO?&
1.3.1黑体热辐射 M
Hg6PQIB
d7* CwY9"
1.3.2光和物质的作用 )o{VmXe@@
UxyY<H~Wx
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 HOfF"QAR$
"Nbos.a]5
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 'Q5 &5UrBr
KxY$PgcC
1.4光谱线增宽 MSl&?}Bj
?0{yq>fTu
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 R2l[Q){!
GR<c =
1.4.2自然增宽
lWbZ=x_0
_?.\Xc
1.4.3碰撞增宽 1] j^d
\<ZLoy_
1.4.4多普勒增宽 8W;2oQN7
%swR:Bv
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 e&0NK8&#+
p #bhz5&/
1.4.6综合增宽 ZRnL_ z~
#4><r.v3
1.5激光形成的条件 6UlF5pom
M ?*Tf&
1.5.1介质中光的受激辐射放大 tjj^O%SV<
#|Oj]bd(=
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 O+_N!/
EWA;L?g|A
思考练习题1 )Vg2Jix,]
cx{T
'1
第2章激光器的工作原理 +dw!:P &
`}gdN};
2.1光学谐振腔结构与稳定性 zI^Da!r.
dv , C6t2
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 e0 u,zg+m
\ , 8p1$G
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 zmiZ] uq
P]Xbjs<p
2.1.3稳定图的应用 h0Ee?=
^,TTwLy- t
2.2速率方程组与粒子数反转 j)Y[4 ^k^
*tc{vtuu~^
2.2.1三能级系统和四能级系统 rA1q SG~c
ZB [ k{Y
2.2.2速率方程组 ~ zF2`.
l}rS{+:wK
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 (#|{%4g@>
+?[BU<X6u
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 7J|&U2}c
iY ~rne"l
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 ``u:l L
rwSbqL^eM
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 ,a0pAj
*5OCq U+g
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 zE|Wn3_sd
ufrqs v]=
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 R J~ %0
brSi<
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 <x0H@?f7
_<zfQZai
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 +th%enRB
lw[e *q{s.
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 Wto ;bd
Q x)Jtb0`V
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 1ibnx2^YB
!MVj= (
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 <G ~>~L.E
p'f%%#I
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 ? 2#(jZ# 2
y'} O)lO1
2.5激光器的损耗与阈值条件 o>?*X( +le
S~ NM\[S
2.5.1激光器的损耗 'O?~p55T
jb[!E^'&>
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 (GcT(~Gq)D
z ; Q<F
2.5.3阈值条件 %gd(wzco
Jblj^n?Bm
2.5.4对介质能级选取的讨论 kK i A
rwE%G>Vb
思考练习题2
Zy0aJN>
bAwl:l\`
第3章激光器的输出特性 =f1B,%7G+5
\or G63T:
3.1光学谐振腔的衍射理论 jrMe G.e=D
LF*&(NC
3.1.1数学预备知识 tPfFqqT
=ll=)"O
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 ~1kXUWq3
+&| S'7&{
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 d s:->+ o
f)Xr !7
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 IMGP'g
> \Sr{p5KR
3.2对称共焦腔内外的光场分布 ve 6w<3D@
NbRn*nb/T
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 nBItO~l
;GGK`V
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 E=]4ctK
*|#T8t,}n
3.3高斯光束的传播特性 %^]?5a!
ZD>a >]
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 s{bdl[7
%A/_5;PZ/
3.3.2高斯光束的相位分布 Q{g;J`Z)p
\G |%Z w|
3.3.3高斯光束的远场发散角 3AcD,,M>>
BX +.0M
3.3.4高斯光束的高亮度 ?.=}pAub
&>g'$a< [
3.4稳定球面腔的光束传播特性 l fZ04M{2
-O!/Jv"{,[
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 a2 +~;{?g
t2HJ sMX
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 Dnf *7)X
rQ`i8GF
3.5其他几种常用的激光光束 5Por "&%
a>O9p X
3.5.1厄米-高斯光束 N_pUv
Ev"|FTI/
3.5.2拉盖尔-高斯光束 {LHR!~d}5f
<^?1uzxH8A
3.5.3贝塞尔光束 \!]hU%Un
:Y,BdU
3.6激光器的输出功率 Iq7}
M=qb^~ l
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 T:]L/wCj
u"1rF^j6k
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 :#k & \f-Y
_5
^I.5Z3
3.7激光器的线宽极限 ?S$i?\ Qh
39wa|:I
3.8激光光束质量的品质因子M2 `
|IUGz
azQ D>
3.9模式激光的某些一阶统计性质 Ian[LbCWB
g-c ; }qz
3.9.1单模激光的一阶统计性质 s~I6SA&i
HB+|WW t>
3.9.2多模激光的一阶统计性质 ' H5M|c$s
]?O2:X
思考练习题3 j>uj=B@
X$%4$
第4章激光的基本技术 9,j-V p!G
<JMcIV837
4.1激光器输出的选模 Wq*b~ Lw
$$b
9&mTl#
4.1.1激光单纵模的选取 ;Gx)Noo/>
/sM~U q?
4.1.2激光单横模的选取 o8e?J\?
Q+4tIrd+
4.2激光器的稳频 X@@8"@/u|*
!q"W{P
4.2.1影响频率稳定的因素 jZ`;Cy\<B
KL$bqgc(p3
4.2.2稳频方法概述 2(5ebe[
HbP!KVHyk1
4.2.3兰姆凹陷法稳频 Hbv6_ H
'lHdOG
4.2.4饱和吸收法稳频 `.s({/|[
ARcB'z\r
4.3激光束的变换 .ERO|$ fv
.920{G?l5
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 2'=T[<nNB
Y0?5w0{
4.3.2高斯光束的聚焦 ][}0#'/mV
X7k.zlH7T
4.3.3高斯光束的准直 l
Va &"
U 9b?i$
4.3.4激光的扩束 BIu K @$
W9NX=gE4
4.4激光调制技术 L(&&26Y
)K &(
4.4.1激光调制的基本概念 \&U>LwZd?
q,
O$ %-70
4.4.2电光强度调制 :y7c k/>
:
]C ~gc
4.4.3电光相位调制 k)EX(T\
2-Y<4'>
4.5激光偏转技术 /Q,mJ.CnSR
MEB it
4.5.1机械偏转 SlsdqP
9
/SYw; <=
4.5.2电光偏转 #g6.Glz3
8WnwQ%;m?
4.5.3声光偏转 O/[cpRe
j?'GZ d"B
4.6激光调Q技术 vVOh3{e|
7uzk p &+:
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q <[w=TdCPs
,v"YqD+GC5
4.6.2调Q原理 ;!yQ
B}^w_C2
4.6.3电光调Q JtER_(.
eJg8,7WC
4.6.4声光调Q dAuJXGo
$|8!BOx8t
4.6.5染料调Q l\i)$=d&g
41&\mx
4.7激光锁模技术 ob8qe,_ '
h $2</J"
4.7.1锁模原理 )ut &@]
B
{>7-0
4.7.2主动锁模 Dh=9Gns9
$< Ja LS
4.7.3被动锁模 WlU0:(d
7
qS""f 7
思考练习题4 dkz=CY3p%X
q@{Bt {$x
第5章典型激光器介绍 i{`:(F5*
PUUwv_
5.1固体激光器 7' Mm205\
|:gf lseE
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 ]9^sa-8
%KLpig
5.1.2固体激光器的泵浦系统 7j-4TY~
E 7{U |\
5.1.3固体激光器的输出特性 ~A\GT$
6e |*E`I
5.1.4新型固体激光器 {z{bY\
+{oG|r3L
5.2气体激光器 p>huRp^w
wfH^<jY)E
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 a^I\ /&aw'
XuFYYx~ ^3
5.2.2二氧化碳激光器 BI%$c~wS
{N+$Q'
5.2.3Ar＋离子激光器 @u6B;)'l
p;>ec:z3M
5.3染料激光器 gDpVeBd[
cPlZXf
5.3.1染料激光器的激发机理 dl.p\t(1
,
K~}\CR
5.3.2染料激光器的泵浦 50S &m+4d+
MDn ua
5.3.3染料激光器的调谐 VZKvaxIk6
``hf=`We
5.4半导体激光器 FOE4>zE
Hquc
o
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 xqu}cz
X aMJDa|M
5.4.2PN结和粒子数反转 s{ *[]!
]>5/PD,wWy
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
f6&iy$@
W*2BT
z
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 u 7> ],<
ig/xv
5.5其他激光器 m;GCc8
k%WTJbuG<)
5.5.1准分子激光器 I&x= ;
Mh]Gw(?w
5.5.2自由电子激光器 inMA:x}cF1
fHx*e'eA
5.5.3化学激光器 qm/22:&v5
<h0?tv]
思考练习题5 | ATvS2
&w_j/nW^'
第6章激光在精密测量中的应用 g}1B;zGf
pmyXLT
6.1激光干涉测长 G[uK -U
&]|?o_p3W
6.1.1干涉测长的基本原理 TNe l/
8;RUf~q?
6.1.2激光干涉测长系统的组成 0ypNUG}
X^wt3<Kbf
6.1.3激光外差干涉测长技术 65JF`]
KQ% GIz x
6.1.4激光干涉测长应用举例 DEKP5?]
7x|9n
6.2激光衍射测量 ZbW17@b
E Nh l&J
6.2.1激光衍射测量原理 f@wquG'
N /"{.3{W
6.2.2激光衍射测量的方法 SJn;{X>)q
spH7 /5}
6.2.3激光衍射测量的应用 IL#"~D?
6*78cg Io
6.3激光测距 2*;~S4 4
HdUQCugxx:
6.3.1激光脉冲测距 gwuI-d^
>*
f-Wde
6.3.2激光相位测距 Tztu}t]N
U)] oO
6.4激光准直及多自由度测量 l *(8i ^
N X*Q F+
6.4.1激光准直仪 BU/"rv"(Fg
uP)'FI
6.4.2激光衍射准直仪 %} SrL*
/$Nsd
6.4.3激光多自由度测量 qZ}^;)a^
AUG#_HE]k
6.5激光多普勒测速 [.7d<oY
~ D j8 z+^
6.5.1运动微粒散射光的频率 Cn34b_Sbd
\h/H#j ZJ
6.5.2差频法测速 )0]'QLH
MS~(D.@ZS
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 RLjc&WhzXu
iy.p n
6.6环形激光测量角度和角加速度 i+ ?^8 #
gV's=cQ
6.6.1环形激光精密测角 =7=]{Cx[
F]O`3 e=!
6.6.2光纤陀螺 {BN#h[#B{
( Y[Q,
6.7激光环境计量 O3,jg |,
U)o-8OEZ9
6.8激光散射板干涉仪 h n
G Z=
JX;<F~{.
思考练习题6 8b& /k8i:
JYI,N
第7章激光加工技术 lfow1WRF
y'.p&QH'`
7.1激光热加工原理 Wo y m/[i
pI\]6U
7.2激光表面改性技术 W aRw05r
W' VslZG
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 6P l<'3&
B6D YZ+7A
7.2.2激光表面熔凝技术 -=Q*Ml#I
~,Zc% s~|
7.2.3激光熔覆技术 q6luUx,@m
N#_H6 TfMG
7.3激光去除材料技术 (mpNcOY<D
7&)bJ@1U
7.3.1激光打孔 Dcg o%F- W
By!o3}~g
7.3.2激光切割 BL }\D;+t
jvL[
JI,b
7.4激光焊接 Ax7[;| 2
<)H9V-5aZ
7.4.1激光热导焊 b2Fe<~S{
oJz^|dW
7.4.2激光深熔焊 Q(?#'<.#
&U#|uc!+
7.4.3激光复合焊 sY&IquK^
Ee! 4xg
7.5激光快速成型技术 .|70 ;
=8.
,43+
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 T.BW H2gRP
![=yi
tB
7.5.2激光快速成型技术 *] )
`z8Ox
pz*3N
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 jV1.Yz (`
R__OP`!
7.6其他激光加工技术 \ ~$#1D1f
yNBfUj -L
7.6.1激光清洗技术 ea
'D td
VlsnL8DV
7.6.2激光弯曲 { 4Cmu;u
Wd: uV
思考练习题7 *. t 7G
@qAS*3j
第8章激光在医学中的应用 f2`2,?
]{@-HTt
8.1激光与生物体的相互作用 `Ggbi4),
Z@!+v 19^
8.1.1生物体的光学特性 @# l= l
Vp DbHAg
8.1.2激光对生物体的作用 {JMVV_ }n
n{mfn *r.
8.1.3激光对生物体应用的优点 gjD Ho$
0aB;p7~&
8.2激光在临床治疗中的应用 eD6fpe\(
] (8[}CeL
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 !%c\N8<>GD
q@8*Xa >
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 /*mI<[xb
@:#eb1 <S
8.2.3激光在眼科中的应用 s.C_Zf~3
X
l5 A
'h
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 8{sGN CvU
t'ql[
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 @\#td5'
%Q|At gp
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 cV F "!.
yY q,*<G
8.2.7光动力学治疗 j Nk%OrP]
i8]S:4 9
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 SwMc
pNo
6j}9V
L77
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 0 kW,I
$>LQ6|XRu
8.3.2激光断层摄影 oCz/HQoBk
}BP;1y6-r
8.3.3激光显微镜 4.t-i5
9\7en%( M
8.4医用激光设备 C?eH]hkZ3
N~'c _l
8.4.1医用激光光源 ;:NJCu G
Y }wyw8g/
8.4.2医用激光传播用光纤 =UWI9M*sz
4o[{>gW
8.5激光应用于医学的未来 G"A#Q"
N;`n@9BF
8.5.1医用激光新技术 TM%%O : 3
w``U=sfmV
8.5.2光动力学治疗的前景 ] D\D ~!R
Zj'9rXhrM1
思考练习题8 k!Y, 63V=
yJIscwF
第9章激光在信息技术中的应用 3u0RKLc\
JB<t6+"rD
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 CU!D hm/U
}Zp,+U*"
9.1.1半导体激光器 ^U/O !GK
|`FY1NN
9.1.2光纤激光器 'LDQ gC*%
0w7DsPdS
9.1.3光放大器 S,8e lKH4
G' 1'/
9.2激光全息三维显示 a d\ot#V
2GG2jky{/
9.2.1全息术的历史回顾 4^<?Wq~
~ a2}(]
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 m9;SrCN_
.T`%tJ-Em
9.2.3白光再现的全息三维显示 /PKN LK
-mh3DhJ,
9.2.4计算全息图 (/$^uWj
!5!<C,U
9.2.5数字全息术 |Y.?_lC
;hq\
9.2.6全息三维显示的优点 );YDtGip J
#5 uOx (>
9.2.7全息三维显示的应用 #<x m.
[nh>vqum
9.2.8全息三维显示技术的展望 `WS&rmq &'
D2O~kN d
9.3激光存储技术 K (|}dl:
f6p/5]=J26
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 yf,z$CR
_Z\G5x
9.3.2激光光盘存储 P$,Ke<
vP,n(reM
9.3.3激光体全息光存储 !()Qm,1u
NxI LRKwO
9.3.4激光存储技术的新进展 -G=]=f/'
yt2PU_),
9.4激光扫描和激光打印机 LR 3*G7
1Z&(6cDY8M
9.4.1激光扫描 : rVnc =k
\{D"
!e
9.4.2激光打印机 zT { VE+=
!5N.B|N t
9.5量子光通信中的激光源
Fk;Rfqq
Uw:"n]G]D?
9.5.1量子光通信 n&!-9:0
G+m }MOQP7
9.5.2量子态发生器及应用 2KZneS`
nr3==21Om4
思考练习题9 moE2G?R
Tj- s4x
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 R@2X3s:
h@BY]80
10.1激光核聚变 "Y.y:Vv;
\)Cl%Em
10.1.1受控核聚变 ]_$[8#kg
V~ _>U}
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 o L<St$1
qJw_
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 Yr|4Fl~U
D43z9z-:L
10.2激光冷却
AOx[
2t,zLwBdnJ
10.3激光操纵微粒 8b=_Y;
P'r b%W
10.3.1光捕获 >-c8q]()ly
_
x*3 PE
10.3.2微粒操纵 T]$U""
`F6C-
10.4超越经典衍射极限的分辨率 M3Kfd
%|4UsWZ
10.4.1解析延拓 WF "k[2
A2Tw<&Tw(
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 wy G;8I
,+ ~W4<f
10.4.3傅里叶叠层算法 !!y a
=R\]=cRbg
10.4.4相干谱复用 DTs;{c
0CvUc>Pj`"
10.4.5非相干结构光照明成像 i6N',&jFU
2?i7 UvV
10.4.6超分辨荧光显微镜 GKCroyor
.
]M"#
\
10.5激光光谱学 p 4)Q&k!
O
H7FkR
10.5.1拉曼光谱 A)~6Im
y> (w\K9W
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 J8~haim
'f|o{
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 q'11^V!0
.sA.C] f
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 =Runf
+}
PRT +mT
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 ^}C \zW
eiOW#_"\
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 @|)Z "m7
&?RQZHtg
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 Ct|A:/z(
4/)k)gLI
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 J-4:H
gx
jq-_4}w?C
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 3N:D6w-R
iR0y"Cii
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 Qei" '~1a
=qIyqbXz
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 cGD(.=
h7 I{
4
思考练习题10 ;=Us A B]
HorDNRy u
附录A随机变量 kNL\m[W8$
WN<zkM~3
A.1概率的定义和随机变量 Xry4 7a
)
% %wNZ{
A.2分布函数和密度函数 2px|_)i
PxE3K-S)G
A.3推广到两个或多个联合随机变量 ]9,; K;1<
8.~kK<)!
A.4统计平均 PYzvCf`?
Q5_o /wk
附录B随机过程 Q3SS/eNP
Tb-F]lg$
B.1随机过程的定义和描述 {zFMmPid
b YPK h
B.2平稳性和遍历性 Tac$L S\Q
,v&(Y Od
参考文献 ],v =]+R
RX5dO%
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