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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。 'uOp?g' 7
KK*"s^ L
[attachment=99403] hMs}r,*
M *c`@\
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 7"
cgj#
<<![3&p#
1.1光的波粒二象性 C>7k|;BvF
KH&xu,I
1.1.1光波 BPKeG0F7
e{9(9qE"
1.1.2光子 m; LeaD}0
LNU9M>
1.2原子的能级和辐射跃迁 0 ) lG~_q
L7*~8Y
1.2.1原子能级和简并度 oM-@B' TK
gasl%&
1.2.2原子状态的标记 MhB kr{8
R\=y/tw0H
1.2.3玻尔兹曼分布 {/ _. ]Vh
S,v9\wN.
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 V9m1n=r
!-4pr [C
1.3光的受激辐射 I|$_[ Sw
Rf\>bI<.
1.3.1黑体热辐射 c>3W1"
}g _#.>D+
1.3.2光和物质的作用 |^@TA=_
G"; yqG
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 U=%S6uL\bx
GL1 !Z3
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
n/UyMO3=
5,qfr!hN,
1.4光谱线增宽 #tBbvs+%
NzRL(A6V
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 s 4}}MV3X
t9x.O
1.4.2自然增宽 (85F1"Jp
R m *"SG
1.4.3碰撞增宽 +;z4.C{gM
/gHRJ$2|Sx
1.4.4多普勒增宽 Oy[t}*Ik
+3t (kQ
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 ./ib{ @A.
f5/ ba9n I
1.4.6综合增宽 Vo(d)"m?
K)0 6][ ,
1.5激光形成的条件 fi#o>tVyJ
T.W/S0#j3
1.5.1介质中光的受激辐射放大 2&!G@5
D9c8#k9Y.
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 : ZU
<v[,A8Q
思考练习题1 ;Fuxj!gF
+V7*vlx-
第2章激光器的工作原理 +|(
eP_
oChcEx%
2.1光学谐振腔结构与稳定性 Mk[_yqoCO
!OWV* v2
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 O*yc8fUI
[?Aq#av
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 P RX:*0
kR E^G*?
2.1.3稳定图的应用 xb_35'$M
'n.eCd j
2.2速率方程组与粒子数反转 -_pI:K[
)n |:9hc
2.2.1三能级系统和四能级系统 %wvSD&oz
3r^i>r8B
2.2.2速率方程组 rmR7^Ycv/
bUz7 !M$
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 ~`mOs1 d
Yw+_( 2
9=
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 O,xU+j~)
tM ]qR+
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 RpS 'Tz}
<(@m913|
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 eyl+D sK
0=(5C\w2
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 `<Zp!Hl(j
A@du*5> (
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 k9Wih ejS
tX Z5oG7
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 P ",~8Aci(
W)w@ju$Ko
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 81H04L9K 7
*]O[ZjyOY
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 B7T(9Tj+Fh
T3)/?f?|
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 Y R#_<o
$xlI"-(
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 nY}Ep\g
(+bk +0
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 0 j4bu}@
$0sU h]7y
2.5激光器的损耗与阈值条件 FrB}2
JyY g)f
2.5.1激光器的损耗 #ra:^9;Es:
srJ,Jr(
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 *)U=ZO6S
&FI PEe #n
2.5.3阈值条件 GZ
UDI#
S#_i<u$$
2.5.4对介质能级选取的讨论
JTQ$p*2]
: kf l q
思考练习题2 {Qg"1 +hhM
&T}~h^/t
第3章激光器的输出特性 .0cm
mpUNq
"f(iQI
3.1光学谐振腔的衍射理论 l)HF4#Bs
KE&Y~y8O\
3.1.1数学预备知识 eB<R@a|?S
C B=H1+
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 5A Vo#}&\
9] Uvy|
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 w,;CrW T2t
[^P25K
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 %#yCp2
W$v5o9\Px
3.2对称共焦腔内外的光场分布 <<@$0RW
{Z3B#,V(g
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 g(>;Z@Y
8BhLO.( <O
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 Pj8s;#~u
C5\bnk{
3.3高斯光束的传播特性 '|G_C%,B
RN]4 Is:
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ,/C<GFae
mfIY7DP
3.3.2高斯光束的相位分布 $e _A( |
b-@6w(j
3.3.3高斯光束的远场发散角 NELQo#kjZ
8h78Zb&[
3.3.4高斯光束的高亮度 W 0K&mBu
N9r02c
3.4稳定球面腔的光束传播特性 CY? ]o4IV
$oHlfV/!
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 c_)vWU
Y]0oF_ :7
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 'bN\bbR
dMp7 ,{FhF
3.5其他几种常用的激光光束 u7UqN
&^8 >Kd8
3.5.1厄米-高斯光束 Pv1C o:
uB>NwCL;
3.5.2拉盖尔-高斯光束 Ny /bNQS
t^)q[g
3.5.3贝塞尔光束 xV:.)Dq9
4^1{UlCop
3.6激光器的输出功率 o 4L9Xb7=G
S&Q1 K y^
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 p^Kp= z
n6ETWjP
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 HIcx "y
x#|=.T
3.7激光器的线宽极限 \O/EY&
36 s[hg
3.8激光光束质量的品质因子M2 NDm@\<MIzB
z1aApS
3.9模式激光的某些一阶统计性质 $h 0 ]
y/K% F,WMf
3.9.1单模激光的一阶统计性质 YQG[8I
]F r+cP
3.9.2多模激光的一阶统计性质 ^)m]j`}IGb
i DO`N!
思考练习题3 $NJ]2P9L
Ash"D~
第4章激光的基本技术 J6;^: ()
c@1C|
4.1激光器输出的选模 s1<_=sfnT
{ c<MB xk
4.1.1激光单纵模的选取 #IDDKUE
[Qa0uM#SU
4.1.2激光单横模的选取 /7De .O~H
%;(+s7
4.2激光器的稳频 #\"8sY,j
%@ '9< i8o
4.2.1影响频率稳定的因素 *YZ' Uy?
7=N=J<]pl
4.2.2稳频方法概述 |j&u2DM~#m
CsS0(n(x
4.2.3兰姆凹陷法稳频 >P/kb fPA
_ |D8~\y
4.2.4饱和吸收法稳频 %?J\P@
9Xmb_@7b}
4.3激光束的变换 HdGAE1eU]}
d}3<nz,
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 cpz }!D
J)Dw` =O0n
4.3.2高斯光束的聚焦 #dE #w#=r
,Ej2]iO\7
4.3.3高斯光束的准直 Jg/l<4,K,
=\e}fyuK
4.3.4激光的扩束 [Maon.t!l
HUr;ysw
4.4激光调制技术 b[$%Wg
Wxkk^J9F3
4.4.1激光调制的基本概念 s<5q%5ix3
?/9]"HFH N
4.4.2电光强度调制 `0 uKJF g
S,fMGKcq
4.4.3电光相位调制 g2^7PtJg
{6^c3R[
4.5激光偏转技术 }OJ*o
aj51%wKMb:
4.5.1机械偏转 E)3B)(@&P
9G` 2t~%
4.5.2电光偏转 8)Z WR3)+W
,RKBGOz?f
4.5.3声光偏转 t }7hD
K~z*P 0g*
4.6激光调Q技术 'Sppm;?
I: U /%cr,
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q A3*ti!X<6
*>V 6KW
4.6.2调Q原理 ~`
@ dI
8 Mp2MZ*p
4.6.3电光调Q ,w; ~R4x
A@bWlwfl
4.6.4声光调Q i :Pg&474f
h>s z@\{
4.6.5染料调Q l
" pCxA
^ 'FC.
4.7激光锁模技术 !;{@O`j?b
O*d&H;;
4.7.1锁模原理 SK uZik_
G]E$U]=9r:
4.7.2主动锁模 .{`+bT^b<2
gn1`ZYg
4.7.3被动锁模 y T`[9u ,
%eT4Q~}5"
思考练习题4 nL5Gr:SLo
"h_]it};C
第5章典型激光器介绍 MVg`6& oH
EJj Tf:
5.1固体激光器 hE\,4c1
TP{lt6wws(
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 MG>g?s'!
Kv:U QdnU[
5.1.2固体激光器的泵浦系统 z{d] ,M
33J}AK^FE
5.1.3固体激光器的输出特性 Fe.Y4\xz
> C+0LF`U
5.1.4新型固体激光器 1)/B V{n
F+*>q
5.2气体激光器 B/q/sC
o m`r^3,
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 s#`%c({U|
(6A>:_)
5.2.2二氧化碳激光器 &FHE(7}/#
r=n| MT^O
5.2.3Ar＋离子激光器 T~s/@*y9
ItDe_|!L
5.3染料激光器 +'> N]| Z
g,Kb9['
5.3.1染料激光器的激发机理 j8zh^q
v F;6Y(h>
5.3.2染料激光器的泵浦 )~_!u}+:(
G\Hck=P[$3
5.3.3染料激光器的调谐 Tr)a6Cf
}1TfKS]m>
5.4半导体激光器 }! 0,(<EsV
e~$MIHBY]
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 C@pDX>~2=b
*D~@xypy
5.4.2PN结和粒子数反转 (Ew o
6e cr]=Cv
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 _8\ Uukm
&|%z!x6 f
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 ?XsL4HI x
y
97QqQ^
5.5其他激光器 Z@
h<xo*r
v 8{oXzyy
5.5.1准分子激光器 'gUHy1p
TnL%_!V!
5.5.2自由电子激光器 S#jH2fRo
}n 6BI}n
5.5.3化学激光器 Xu3^tH-b<
fL83:<RK
思考练习题5 9Lk.\.
1)#<nk) I
第6章激光在精密测量中的应用 8czo#&
:eQ@I+
6.1激光干涉测长 9`dQ7z.8t
uP |AP
6.1.1干涉测长的基本原理 VOG DD@
T
fzad2}^
6.1.2激光干涉测长系统的组成 4 E 4o=Z|K
akm) X0!-}
6.1.3激光外差干涉测长技术 UbC)X iO
m f4@g05
6.1.4激光干涉测长应用举例 2r?g |<
:
]_d(YHYf
6.2激光衍射测量 kC|tv{g#>
IZJV6clM
6.2.1激光衍射测量原理 3(^9K2.s}
f e Nr!/
6.2.2激光衍射测量的方法 QV{N q=%]
-jC. dz
6.2.3激光衍射测量的应用 Rr%]/%
4 I:Jb;k>
6.3激光测距 |+!Jr_ By
8C,?Ai<ro
6.3.1激光脉冲测距 <6dD{{J]>p
t~5>PS
6.3.2激光相位测距 (4M# (I~cE
,"h$!k"$g
6.4激光准直及多自由度测量 ` ~@BU
oVl:./(IB
6.4.1激光准直仪 !G\1$"T$
r}f -.Fo
6.4.2激光衍射准直仪 rxP^L( q0*
>/ e#Z
h
6.4.3激光多自由度测量 2Q9s?C
EHzU`('?[
6.5激光多普勒测速 |8+<qgQ
$| (roC(
6.5.1运动微粒散射光的频率 .]r[0U
^o,@9GT s
6.5.2差频法测速 3XL0Pm
eWwSD#N#
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 f$2lq4P{
),M8W15
6.6环形激光测量角度和角加速度 H[-zQ #I9
]~e c] Y
6.6.1环形激光精密测角 #7Q n\C2
z w5 EaY
6.6.2光纤陀螺 %A82{
q".l:T%|C}
6.7激光环境计量 " Jv&=zJ
'J!P:.=a>
6.8激光散射板干涉仪 L x9`y t6
Lg Bs<2
思考练习题6 F!fx A#
Xj !0jF33
第7章激光加工技术 7F+f6(hB
I9Z8]Q+2"
7.1激光热加工原理 "G`)x+<~Z8
nHZ 4):`
7.2激光表面改性技术 F+hsIsQ
dZnq 96<:|
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 bE0S) b)
X-n'?=
7.2.2激光表面熔凝技术 X^aujK ^@
c!kbHZ<Z
7.2.3激光熔覆技术 L
Q;JtLu1
f, ;sEV
7.3激光去除材料技术 VLQfuh;
)Xg#x:
7.3.1激光打孔 apw8wL2
](T*f'LN
7.3.2激光切割 q= 96Ci _a
$]Fe9E?
7.4激光焊接 v{%2`_c
3!Be kn]
7.4.1激光热导焊 hKX-]+6 "
r-'j#|^tz
7.4.2激光深熔焊 E"u>&uPH
F~*
5` o
7.4.3激光复合焊 :+[q `
H 5sj%
v
7.5激光快速成型技术 { 0Leua
p=Vm{i7
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 Y9PG
W }T+8+RU
7.5.2激光快速成型技术 (U|W=@8`
j\Q_NevV
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 xY_/CR[,
|@d7o]eM|
7.6其他激光加工技术 CZbp}:|
'9^x"U9c
7.6.1激光清洗技术 r i\r%x
OF DPtJ wV
7.6.2激光弯曲 F'`L~!F
ZEApE+m
思考练习题7
fmloh1{4
N %0F[sY6
第8章激光在医学中的应用 tWc!!Hf2j
F!SmCE(0x
8.1激光与生物体的相互作用 5ue{&z
@T
Lww0 LH
>
8.1.1生物体的光学特性 8[zP2L!-
*K0 CUir|
8.1.2激光对生物体的作用 .;$/nz6vk
wAy;ZNu
8.1.3激光对生物体应用的优点 \9D
'7/$I,
\mv7"TM
8.2激光在临床治疗中的应用 hEE bH@b
8 Z#)Xb4
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 h^[K= J
-
d>)
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 n]_8!NU
e
`_ [+y
8.2.3激光在眼科中的应用 b ]*9![_
T_I"Tsv
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 _>&zhw2
~":?})
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 =DF7l<&km
?M\ 3n5;
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 P_i2y hpK
= u73AM}
8.2.7光动力学治疗 t
ZF G`'/
WXXLD:gxI
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 J^1w& 40
{]|};E[}m
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 i}M&1 E
3QGg;
8.3.2激光断层摄影 5v>( xl
,D~C40f
8.3.3激光显微镜 })s s.
} 4ta#T Ea
8.4医用激光设备 {$Fg+~
aA0aW=R
8.4.1医用激光光源 rX fQ_
~M43#E[oOF
8.4.2医用激光传播用光纤 2<Ub[R
wCc:HfmjJ
8.5激光应用于医学的未来 f*kT7PJG
}U+gJkY2
8.5.1医用激光新技术 W^al`lg+y
nvpd u)q<
8.5.2光动力学治疗的前景 Yc\;`C
l=bB ,7gL
思考练习题8 1>l {c
k,b(MAiQ0
第9章激光在信息技术中的应用 Z/56JYt!~
/ko NcpJ
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 #p*OLQ3~
y]M/oH
9.1.1半导体激光器 q4(&.Al\@
E%j OJA
9.1.2光纤激光器 vZ$uD,@;.
~ ])\xC
9.1.3光放大器 rN} {v}n
lXL\ e(ow
9.2激光全息三维显示 Y.jg
}oV
< @5#
9.2.1全息术的历史回顾 Q|+m)A4@
bIe>j*VPh@
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 *1}9`$
7P!/jaw xb
9.2.3白光再现的全息三维显示 ,Ea.t s>
N$?mul a
9.2.4计算全息图 <E6]8SQE
ma?569Z8~0
9.2.5数字全息术 )N`ia%p_]
56&s'
9.2.6全息三维显示的优点 =4+UX*&i?.
rb&^ ei9B
9.2.7全息三维显示的应用 GEIMCg(TRj
`;5UlkVZ5
9.2.8全息三维显示技术的展望 Og"50 -
kzgH p,;R{
9.3激光存储技术 H>-,1/IY
0O"GI33Mg
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 @wZ`;J %
a5z.c_7r
9.3.2激光光盘存储 +z;xl-*[
NZ9`8&93
9.3.3激光体全息光存储 , LWM}L
F)5QpDmqb
9.3.4激光存储技术的新进展 bo\|mvB~
<`*6;j.&
9.4激光扫描和激光打印机 -:cS}I
/ D#vs9S
9.4.1激光扫描 _(J- MCY\
M+)%gnq`u
9.4.2激光打印机 +5? s Yp\
?2_ u/ x
9.5量子光通信中的激光源 0!_D M^3
u|BD%5+J
9.5.1量子光通信 zO9|s}J8q
m{(D*Vuqd
9.5.2量子态发生器及应用 xgsD<3
J0mY=vX
思考练习题9 D\N-ye1LE
`S{< $:D
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 z`>a,X
c@5fiRPv!
10.1激光核聚变 Z UAWSJ,s
qC.jXU?rO
10.1.1受控核聚变 ;&;coH8`
yTkYPx
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 ~=Er=
0
a%*W^R9Ls
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 0f;L!.eP
T!(I\wz;Bo
10.2激光冷却 /PQg>Pa85
,^:Zf| V
10.3激光操纵微粒 @ g~kp
;wJLH\/
10.3.1光捕获 i*W8_C:S
^ylJ_lN&=1
10.3.2微粒操纵 S;i^ucAF
XrFyN(p
10.4超越经典衍射极限的分辨率 >^D"% Oj y
WI[6 l6
10.4.1解析延拓 :4]&R9J>o
7{8!IcR #
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 H6b omp"
6"-LGK:
10.4.3傅里叶叠层算法 "&Q-'L!M'/
s3/->1#i
10.4.4相干谱复用 mr E ^D|
H Y. , f_m
10.4.5非相干结构光照明成像 p
Ic ;9
6jPaS!E
10.4.6超分辨荧光显微镜 k[A=:H1"
.<rL2`C[c
10.5激光光谱学 Z9~~vf#
Rk2ZdNc\
10.5.1拉曼光谱 jEit^5^5|
g igDrf}
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 Ibd7[A\
0*B_$E06
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 wb"Jj
j%]i#iqF
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 kxTh tjgv
Itj|0PGd
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 #9#N+
,;GW n
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 @D[;$YEk
a t6f(+
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 nU[RO y5
vh
KA8vr
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 YPf&y"E&H
s@^GjA[6+
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 W{ =>c/
pOlQOdl
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 pc^(@eD
&>i+2c~
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 2X]2;W)S;
|+x;18
思考练习题10 - FA# hUK$
+3]@0VM26;
附录A随机变量 i\},
o+/x8:
A.1概率的定义和随机变量 _S2QY7/
N@?Fpmu/k
A.2分布函数和密度函数 fVb&=%e
)I.[@#-
A.3推广到两个或多个联合随机变量 A}H)ojG'v
UKMrR9[x*
A.4统计平均 \8{C$"F
c .KpXY
附录B随机过程 #E{OOcM
Y]B2-wt-
B.1随机过程的定义和描述 Ct$e`H!;
rguC#Xt!4
B.2平稳性和遍历性 Hd2Sou4-j
W O|2x0K
参考文献 ]/bf#&@g`k
0qw,R4YK
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