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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。 A[@koLCL
*otgI"y\
[attachment=99403] :Hb`vH3 x
LRWM}'.s
第1章辐射理论概要与激光产生的条件
PPy~dp
? Hdu=+ZV
1.1光的波粒二象性 MBjAe!,-
}'}n~cA.{
1.1.1光波 nVoW ER:
yMyvX_UNI
1.1.2光子
o,?G(
<L*`WO]\l
1.2原子的能级和辐射跃迁 wjH1Om bt
}8YY8|]LI
1.2.1原子能级和简并度 >}+R+''nR
*pD|N
1.2.2原子状态的标记 hP'4P LK
KkTE -$ -
1.2.3玻尔兹曼分布 u^MRKLn
qe(gKKA%q
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 /9gn)q2f(
}pf|GdL
1.3光的受激辐射 qAd=i0{N
9MO=f^f-
1.3.1黑体热辐射 S"?fa)~
8 3/WWL }
1.3.2光和物质的作用 2?6]Xbs{
_OjZ>j<B.
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 w
oIZFus
'wYIJK~1
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 dR_6j}
32H F&P+0%
1.4光谱线增宽 !&b|
[ b
Sx
J0Y8#z
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 !x
~s`z
ZI1]B944ni
1.4.2自然增宽 7T6Zlp
cNwH Y
Z'
1.4.3碰撞增宽 xk/-TXB
0
uxDM
#
1.4.4多普勒增宽 - G/qfd|s/
QnP3 U
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 4'`P+p"A
9M($_2,44
1.4.6综合增宽
7 FY2a
%GY'pQz
1.5激光形成的条件 ))Z>$\<:
G{4s~Pco[Q
1.5.1介质中光的受激辐射放大 45wtl/^9
"@hd\w{.
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 Q~0>GOq*
T\$i=,_$
思考练习题1 A-uIZ
zC
h/{1(c }
第2章激光器的工作原理 |LbAW /9a
<B 0 f
2.1光学谐振腔结构与稳定性 lqMr@
: t
rq!*unJ
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 NZ i3U
$Z;/ Sh
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 2IM 31 .
:8oJG8WH
2.1.3稳定图的应用 %c\k LSe
gELG/6l
2.2速率方程组与粒子数反转 I-g/ )2
0mUVa=)D
2.2.1三能级系统和四能级系统 =c*l!."0
# >bj 6<
2.2.2速率方程组 /u.ZvY3,
jy2gR1~
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 0'Ho'wD b
LOi}\ O8
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 O8bxd6xb
~I+Mu I[
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 [H <Tc T8
kUS]g
r~i
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 !*"fWa hv
4%ooJi|)
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 D%yY&q;
u) <s*jk
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 jci,]*X4
9! u iQ
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 CKK}Z;~:
]nB|8k=J
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 A|+QUPD
'-RacNY
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 RhHm[aN
7LVG0A2>7
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 BXYH&2]Q
HVHv,:bPo
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 I@9'd$YY
6u+aP
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 yS mbX
2NMs-Zs
2.5激光器的损耗与阈值条件 eyyME c!
'v V7@@
2.5.1激光器的损耗 7:<w)Al!
={ms@/e/T
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 \$w kr
`nl n@ ;
2.5.3阈值条件 [rT.k5_
OA [e}Vn
2.5.4对介质能级选取的讨论 DpgTm&}-
nl Nk
思考练习题2 .N
qXdari
vNv!fkl
第3章激光器的输出特性 )|lxz lk
z6Ob X
3.1光学谐振腔的衍射理论 a ^p#M
@;bBc
3.1.1数学预备知识 A<X?1$
9dhEQ=K{3
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 lQ;BI~
$QC1l@[sM
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 V9<`?[Usv
T^1
Z_|A
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 1[SG.
",$_ \l
3.2对称共焦腔内外的光场分布 _?I{>:!|
xmvE*q"9]
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 <:}nd:l1
IFp%T a
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 X@\W*
nq
-BSdrP|
3.3高斯光束的传播特性 K p`{-dUf
H& )}Z6C"
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 Db,"Gl
L"m^LyU
3.3.2高斯光束的相位分布 A I.(}W4]
yWi-ic
[n
3.3.3高斯光束的远场发散角 43PLURay
GXtK3 YAr
3.3.4高斯光束的高亮度 [k6I#v<&
R c+olJ^5
3.4稳定球面腔的光束传播特性 SMX]JZmH
Y_JQPup
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 e7R gA1
c1yRy|
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 <&3P\aM>
$a M5jH<
3.5其他几种常用的激光光束 X8$i*#D
UT D_rQ
3.5.1厄米-高斯光束 5 #K*75>
C`[<6>&y
3.5.2拉盖尔-高斯光束 8=`L#FkRp
p 0Jr{hM
3.5.3贝塞尔光束 O[ Vet/^)
Jb QK$[z"
3.6激光器的输出功率 8s1nE_3
rAH!%~
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 F8f}PV]b
=,6H2ew
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 &lQ%;)'
y{%0[x*N<m
3.7激光器的线宽极限 D.K""*ula
: ky`) F`
3.8激光光束质量的品质因子M2 MCKN.f%lP
1<YoGm&
3.9模式激光的某些一阶统计性质 'hpOpIsHa
YB 38K(
3.9.1单模激光的一阶统计性质 tbFAVGcAM
ZL(
j5E
3.9.2多模激光的一阶统计性质 hNN>Pd~;
YOl$sg g}
思考练习题3 ?jmP] MM
0q }i5%m7
第4章激光的基本技术 3UZd_?JI[^
H; /do-W[
4.1激光器输出的选模 +A|
Bc~2!
mUBy*.
4.1.1激光单纵模的选取 Er;/ zxg9p
Vrt$/ d
4.1.2激光单横模的选取 JrzPDb`m
$1yO Z p5
4.2激光器的稳频 fiGTI}=P
+fP.E wi
4.2.1影响频率稳定的因素 Bs "D<r&ro
;4nY{) bD
4.2.2稳频方法概述 3l{V:x!9@
aAg Qv*
4.2.3兰姆凹陷法稳频 {VcRur}&Y8
[o)K1>>7
4.2.4饱和吸收法稳频 lvW
T
1m*)MZ )
4.3激光束的变换 cOV j @z
g) Lf^
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 mY"7/dw<v
EXDDUqZ5\
4.3.2高斯光束的聚焦 ;wn9
21r
4ud(5m;Rle
4.3.3高斯光束的准直 /2tA
n
#])"1f k
4.3.4激光的扩束 }]x \ `}o
2bt>t[0ad
4.4激光调制技术 OoB|Eh|),
F%w! I 9
4.4.1激光调制的基本概念 RkYdK$|K
6/UOz V,[
4.4.2电光强度调制 IMf|/a9-
%_(vSpk
4.4.3电光相位调制 R"B{IWQi
uNyU]@R<W
4.5激光偏转技术 ;_<~ 9;
c4H6I~2Na
4.5.1机械偏转 \5ls
<=S.
)+_Vx}O:}
4.5.2电光偏转 1&w %TRC2x
E'08'8y
4.5.3声光偏转 G6G Bqp6|
IWv 9!lW
4.6激光调Q技术 yXNr[ 7
m
Q2i$ 0u
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q (xfc_h*xA
$$9H1)Ny
4.6.2调Q原理 iLy^U*y K
fn}E1w
4.6.3电光调Q @%4 '2b
v;,W ^#`
4.6.4声光调Q
Z
RVt2
x-%O1frc
4.6.5染料调Q x@NfN*?/+i
Zbczbnj
4.7激光锁模技术 (0{Dn5MH
o,7|=.-b
4.7.1锁模原理 } -3 VK%
,6^ <Vg
4.7.2主动锁模 0#V"
)!8q JQD
4.7.3被动锁模 ?C|'GkT
'2^}d e!E
思考练习题4 -.D? Z8e
-P;3BHS$T
第5章典型激光器介绍 +XWTu!
}&0LoW/
5.1固体激光器 ChiIQWFE
fFJ7Y+^
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 tA(oD4H9
d"|_NG` vr
5.1.2固体激光器的泵浦系统 ]it.
R-
ZqclmCi
5.1.3固体激光器的输出特性 cH_qHXi[G
[ja ^Bhu
5.1.4新型固体激光器 a L(G0@(
qiz(k:\o
5.2气体激光器 B^2r4
9vC
Snkb ^Kt
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 Uu7]`U l
y[7M(K
5.2.2二氧化碳激光器 h8/tKyr8(
By1T um+I1
5.2.3Ar＋离子激光器 JD *HG]
)Xdq+$w.
5.3染料激光器 %R GZu\p
& AK\Pw)
5.3.1染料激光器的激发机理 }8 3
8F&
K~:SLCv
E%
5.3.2染料激光器的泵浦 S)hDsf.I
d(^8#4
5.3.3染料激光器的调谐 []>rYZ9bv
YP,,vcut
5.4半导体激光器 k| OM?\
';R]`vWFe
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 b
ri[&=
-;cF)C--12
5.4.2PN结和粒子数反转 2/3yW.C
zY/Oh9`=v
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 "G%S
m")
c W^LmA
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 d>[i*u,]/
$ ~5H-wJ
5.5其他激光器 2S7 BzZ/
<lzC|>BG
5.5.1准分子激光器 p@pb[Bx~[
}[leUYi`
5.5.2自由电子激光器 3w^W6hN)
sqhMnDn[
5.5.3化学激光器 N[eL Qe]q
dEYw_qJ2
思考练习题5 tQ@7cjq8bA
qt9jZtx
第6章激光在精密测量中的应用 "6C
a{n1hk
R+.4|1p
6.1激光干涉测长 5QqU.9M
$'l<2 h>4
6.1.1干涉测长的基本原理 2#NnA3l]x%
k2eKs*WLC
6.1.2激光干涉测长系统的组成 @7}XBg[pI
ou0TKE9
_
6.1.3激光外差干涉测长技术 (+gTIcc
>
>V8!OaY5n
6.1.4激光干涉测长应用举例 A$p& <#
}Bv1fbD4U
6.2激光衍射测量 OGcdv{ ,P
-`8 @
6.2.1激光衍射测量原理 ft7M9<#v
g5U,
6.2.2激光衍射测量的方法 8^EWD3N`
dWzf C@]
6.2.3激光衍射测量的应用 XR",.3LD
X.{xH D&_
6.3激光测距 OybmyGHY
B^9C}Q B
6.3.1激光脉冲测距 +76'(@(1Y
'T^Ma LK
6.3.2激光相位测距 S N)Czi#7
DI)"F OM6
6.4激光准直及多自由度测量 l`~$cK!
gK~Z Ch
6.4.1激光准直仪 . AA#
G
P'iX?+*
6.4.2激光衍射准直仪 Q}Ah{H0C
B Hp>(7,
6.4.3激光多自由度测量 a1_ N~4r`
G[e,7jev
6.5激光多普勒测速 pS-o*!\C.
w}6~t\9D
6.5.1运动微粒散射光的频率 <V U-ja*(J
q=e;P;u
6.5.2差频法测速 c1kV}-v
POm;lM $
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 xuHP4$<h3
B (eXWWT_
6.6环形激光测量角度和角加速度 :*g$@T
$'}| /D
6.6.1环形激光精密测角 c\[ &IlM
{{gd}g
6.6.2光纤陀螺 %o/@0.w
\1-lda
6.7激光环境计量 1c/<2 xO~
Xgh%2 ;:
6.8激光散射板干涉仪 W|{!0w
p-"wY?q
思考练习题6 ~{g/
I;A S.y
第7章激光加工技术 j/O9LygB
(=rDt93J
7.1激光热加工原理 )( YJ6l
U1 3Lsky%
7.2激光表面改性技术 -mO<(wfV>
?r]0 %W^
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 \3(s&K\Y6\
~Gc@#Msj
7.2.2激光表面熔凝技术 z I"&g]TV5
Yrf?|,
7.2.3激光熔覆技术 3#""`]9H
Gn6\n 'r0
7.3激光去除材料技术 h`Ej>O7m
ZJ)>gV
7.3.1激光打孔 ?N+pWdi
qc'KQ5w7!
7.3.2激光切割 {a>JQW5=
}|-8- ;
7.4激光焊接 {>64 -bU
VAheus
7.4.1激光热导焊 WSF$xC /~
/Re 67cMQ*
7.4.2激光深熔焊 Z @m5hx&
U1yspHiZ
7.4.3激光复合焊 ~yngH0S$[b
d hg($m
7.5激光快速成型技术 we}5'bS>
^755 LW
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 4 y.' O
a~VW?wq
7.5.2激光快速成型技术 &f A1kG%
b!QRD'31'j
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 N>s3tGh
p&xj7qwp@F
7.6其他激光加工技术 %"E!E1_Sv
qbD _
7.6.1激光清洗技术 /ml+b8@
rCGK E`H
7.6.2激光弯曲 _M>S =3w
2
=>3B
思考练习题7 KLj/,ehD
!
RT%{M1tkS
第8章激光在医学中的应用 /lHs]) ,
{ )Zz4
8.1激光与生物体的相互作用 8BY`~TZO$q
FD8
8.1.1生物体的光学特性 ncsk(`lo
kDiR2K&
8.1.2激光对生物体的作用 a[=B?Bd
Vn ^8nS
8.1.3激光对生物体应用的优点 0 !c/4^
E_z,%aD[
8.2激光在临床治疗中的应用 d.>O`.Mu)}
21?>rezJ
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 2fm6G).m
-&y& b-
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 +miL naO~L
dDYo r-g>
8.2.3激光在眼科中的应用 Tz(Dhb,
ZE/Aj/7Qy
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 xn Z
TYxi &;w
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 s BuXw a
hz 2f7g
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 nrTCq~LO(
-zH-9N*c
8.2.7光动力学治疗 ~4 S6c=:
5B{Eg?
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 xLbF9ASim
AUU(fy#<
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 %CrpUx
&9n=!S'Md
8.3.2激光断层摄影 2Aq+:ud)P
*;
6LX
8.3.3激光显微镜 0NSCeq%;6q
<U /r U9O
8.4医用激光设备 aTLr%D:Ka
4 Gh% PUV#
8.4.1医用激光光源 p!(]`N
mndNkK5o
8.4.2医用激光传播用光纤 ( >om.FM
f./j%R@
8.5激光应用于医学的未来 "L)?dlb6T
|y]8gL^
8.5.1医用激光新技术 P 9# }aw+
({t6Cbw
8.5.2光动力学治疗的前景 ~HX'8\5
C:}"?tri
思考练习题8 L<N=,~
04E#d.o '
第9章激光在信息技术中的应用 hT AZGV(
4L2TsuLw
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 2CPh'7|l
U$IB_a2
9.1.1半导体激光器 )9rJ]D^B
W%}zwQ
9.1.2光纤激光器 Kx,<-]4
?CuwA-j
9.1.3光放大器 u,Cf4H*xS
OmECvL'Z
9.2激光全息三维显示 K~\Ocl
vQ
DlS1L
9.2.1全息术的历史回顾 $,7Y o
nc
%y \
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 j 1$s^ -9
]A:G>K
9.2.3白光再现的全息三维显示 }$'T=ay&
Ykj+D7rA:
9.2.4计算全息图 )>^!X$`3
V)Y#m /$`
9.2.5数字全息术 K!SF S
140_ WV?7
9.2.6全息三维显示的优点 7brC@+ZD
,S=ur%
9.2.7全息三维显示的应用 n]WVT@
nTPq|=C
9.2.8全息三维显示技术的展望 s\
YHT.O?
iXuSFman
9.3激光存储技术 ;XGO@*V5T
^/$bd4, z
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 +Rd;>s*.Y
V 5HK6- T
9.3.2激光光盘存储 .d%CD`8!
=E-V-?N\
9.3.3激光体全息光存储 Vqxxm&^P
@L 5s.]vg=
9.3.4激光存储技术的新进展 F]KAnEf
_air'XQ&!
9.4激光扫描和激光打印机 96S#Q*6+R
Y`!Zk$8
9.4.1激光扫描 W 33MYw
4:Id8r zz
9.4.2激光打印机 z[0 B"f
yk&PJ;%O<
9.5量子光通信中的激光源 C{U"Nsu+1
RD0=\!w *5
9.5.1量子光通信 <e@+w6Kp'7
q jml wVw
9.5.2量子态发生器及应用 L/2,r*LNx$
Ud'/
9:P
思考练习题9 d \v1R-V
LF\HmKM,
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 X6SWcJtSw
nv/'C=+L
10.1激光核聚变 B0|!s
oA]rwa U X
10.1.1受控核聚变 g=]VQ;{
![9um sx
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 CWw#0
+ Un(VTD
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 _|I`A 6`=
\x;`8H
10.2激光冷却 jcL %_of
On-zb E
10.3激光操纵微粒
R]<N";-
! N'HL-oT
10.3.1光捕获 XDohfa _
c e:p*
10.3.2微粒操纵 " `FcW
x7ZaI{
10.4超越经典衍射极限的分辨率 #. j}:
b YAtUEv
10.4.1解析延拓 w;;9YFBdM
<NXJ&xs-+
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 Oe
~g[I;
}\0ei(%H
10.4.3傅里叶叠层算法 {2F@OfuCF
LY;Fjb yU
10.4.4相干谱复用 ZX l_cq2r
g5:?O,?
10.4.5非相干结构光照明成像 oju,2kpH7#
* }) W>
10.4.6超分辨荧光显微镜 fPPC` d&Q3
Kk`Lu S?
10.5激光光谱学 ?W2 u0N
pZz\o
10.5.1拉曼光谱 ,pIh.sk7s*
i&YWu tG
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 6= :s3I^
d}Q% I
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 R,ZG?/#uM9
|'-%d^ Z
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 LXqPNVp#
}O Y/0p-Z
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 dXfLN<nD>U
E!_3?:[S_
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 +PS
jBO4!
yzT4D>1,
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 6?' 7`p
>, [@SF%
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 Xv3pKf-K
P V:J>!]
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 7[PEiAI
stUUez>
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 $,y AOaa
PD&gC88
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 bf|ePGW?
bF6J> &]!
思考练习题10 `nKN|6o#x
+IO>%
附录A随机变量
\ 'Va(}v
'Z B^=T
A.1概率的定义和随机变量 `XpQR=IOMb
X8">DR&>Y
A.2分布函数和密度函数 T;?k]4.X
a|"Uw
`pX+
A.3推广到两个或多个联合随机变量 k%FA:ms|k
*= ?|n
A.4统计平均 #=={h?UDT
P:t .Nr"
附录B随机过程 %4f.<gz~r|
O`Gq7=X
B.1随机过程的定义和描述 N@L{9ak1
~7 U~
B.2平稳性和遍历性 c(e>Rmh
,|B-Nq
参考文献 8'HS$J;C
Pal=I)
 ? ep#s$i
S.)Jp -&K
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