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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。 ( jU_lsG
+0%r@hTv&>
[attachment=99403] u,8)M' UU
5"57F88Y1
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 EL3X8H
5Q8 H8!^
1.1光的波粒二象性 ,iao56`E
Fw-Rv'\
1.1.1光波 D^%IFwU^
lJFy(^KQG,
1.1.2光子 vJ&D>Vh4e
`x
_(E Z
1.2原子的能级和辐射跃迁 AeEdqX)
|T"vF`Kr(>
1.2.1原子能级和简并度 6ZHeAb]"
ER9 {D$
1.2.2原子状态的标记 Q+Q"J U
Wu{_QuAB
1.2.3玻尔兹曼分布 "!vY{9,
yKj}l,i~8
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 H0 "'jd
oCkG
1.3光的受激辐射 ["& {^
Gf#l ^yr
1.3.1黑体热辐射 ) ddJ\:
J2x}@p
1.3.2光和物质的作用 iu pkb
V0>[bzI
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 zT)cg$8%fY
Vv(buG
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 E@k'uyIu
lFtEQ '}
1.4光谱线增宽 7P(o!%H
AC
<2.i_
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 :t`W&z41
U'F}k0h?\'
1.4.2自然增宽 V]J"v#!{
!\{2s!l~
1.4.3碰撞增宽 q
6UZ`9&z
en{p<]H
1.4.4多普勒增宽 |(W wh$
$#n9C79Z@
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 M/.M~/ ~
iT{4-j7|P4
1.4.6综合增宽 c3l(,5DtH
hY{4_ie=8
1.5激光形成的条件 ;rT/gwg!
\H>T[
1.5.1介质中光的受激辐射放大 /q>ExX sEC
AKjobA#
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 T'7>4 MT(
p 2l@6\m\
思考练习题1 (Q ||5
%fS1g Sf h
第2章激光器的工作原理 <7ANXHuSW
r1IvA^X
2.1光学谐振腔结构与稳定性 z6M5 '$\y
7Z:HwZ
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 A3 TR'BFw-
]aMDx>OE
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 rz|Sjtq
8iD7K@
2.1.3稳定图的应用 mIG>`7`7N
ul N1z
2.2速率方程组与粒子数反转 1yF9zKs &_
]!S#[Wt {k
2.2.1三能级系统和四能级系统 0&NM=~
y~]D402Cx
2.2.2速率方程组 r,IekFBs
j8e=],sQ
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 J|U~W
kW
@6DKw;Q
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 @qcUxu 4
6 @# =z
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 |j'@no_rv
YG*<jKcX
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 %jj-\Gz!
w_`;Mn%p
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 .Gr"| uII
})@xWU6!
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 t4 ; gY298
j l 7>
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 ^=-25% &^
7mi=Xa:U
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 _]' kw [
[W[awGf
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 *dB3Gu{
+
7!`1K_v6
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 8TH;6-RT
;A"i .:ZT
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 M^l%*QF[,q
\hlS?uD\
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 w(+ L&IBC
ixM#|Yq
2.5激光器的损耗与阈值条件 *R4=4e2#S
h 8M}}
2.5.1激光器的损耗 Tp~Qg{%Og
m#Z9w f] F
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 JT6Be8
90J WU$K
2.5.3阈值条件 "3 2Ua3m:G
>3 p8o@:
2.5.4对介质能级选取的讨论 rjfWty%6pX
Yqu/_6wLx
思考练习题2 Xsb.xxK.
0V"(}!=2a
第3章激光器的输出特性 K43` $
|,.1=| &u
3.1光学谐振腔的衍射理论 th"Aat mp
5A %TpJ
3.1.1数学预备知识 HC ktgL:E=
rWM5& M
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 /NPx9cLW^
bS|h~B]rd
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 5K|`RzZ`B$
ij?]fXf:)y
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 =y?Aeqq\fl
0Iyb}
3.2对称共焦腔内外的光场分布 ZLP0SCkuR
a(-t"OL\
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 SZxnYVY
.ArOZ{lKD>
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 }ew )QH d
WT 5 2
3.3高斯光束的传播特性 ^' sy hI\
4
;6,h6a
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 lYm00v 6y
qvh8~[
3.3.2高斯光束的相位分布 ~-yq,x
33"!K>wC
3.3.3高斯光束的远场发散角 Oeg^%Y
=jG." o
3.3.4高斯光束的高亮度 (G>g0(;D-
|hvclEu,
3.4稳定球面腔的光束传播特性 }&l%>P
>#;>6q9_
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 &6\E'bBt
R C!~eJG!
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 JVx- 4?
cGg ~+R2P
3.5其他几种常用的激光光束 )4GCL(&
\gir
3.5.1厄米-高斯光束 *2m{i:3
py/ #h$eY
3.5.2拉盖尔-高斯光束 -{*QjP;K
P>] *pD
3.5.3贝塞尔光束 x)kp*^/
~MK% ^5y?
3.6激光器的输出功率 K>2 Bz&)
Q,o"[ &Gp
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 )*BG-nM u
p" Di;3!y!
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 ir;az{T#U
NrcxuItkYn
3.7激光器的线宽极限 {%Q+Pzl.
<q4 <3A
3.8激光光束质量的品质因子M2 cEPqcy
*
^K'XlM`a
3.9模式激光的某些一阶统计性质 [Al} GM
+39p5O!
3.9.1单模激光的一阶统计性质 6l(HD([_p
s";9G^:
3.9.2多模激光的一阶统计性质 =%crSuP
$viZ[Lu!m
思考练习题3 _GL :4
kK]L(ZU +
第4章激光的基本技术 j@jUuYuDgl
7Y1FFw |
4.1激光器输出的选模 /o nZ 1 4
S),acc(d
4.1.1激光单纵模的选取 +78cQqDY!
jH2_Ekgc;_
4.1.2激光单横模的选取 AUm5$;o,/
{= T9_c
4.2激光器的稳频 rn-CQ2{?
^r
9
4.2.1影响频率稳定的因素 7MwS[N%#
J+Zp<Wu-
4.2.2稳频方法概述 AKUmh
`R_;n#3F0
4.2.3兰姆凹陷法稳频 9.l*#A^
/,^AG2]( f
4.2.4饱和吸收法稳频 +nQp_a1{9%
Zopi;O J
4.3激光束的变换 Gs NZr=;C
6F3FcUL
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 %_ Vj'z~T
9at_F'> R
4.3.2高斯光束的聚焦 :sJQ r._L
o+FDkqEN
4.3.3高斯光束的准直 w@hbY:Z9z
0hOps5c8=
4.3.4激光的扩束 #HmZe98[%
9 EV. ![
4.4激光调制技术 2$yNryd
/n8\^4{fP{
4.4.1激光调制的基本概念 u:%Ln _S
t'e5 !Ma
4.4.2电光强度调制 sH+ 90|?
[ih^VlZ
4.4.3电光相位调制 F z@9
@
A $ W~R
4.5激光偏转技术 _'Hw` 0}s
wF$z ?L
4.5.1机械偏转 J42/S [Rt
L }pj+xB
4.5.2电光偏转 {Z^q?~zC[
({ WV<T&
4.5.3声光偏转 T 8 >aU
T3h 1eU
4.6激光调Q技术 F4 =V* /7
U'0e< IcY
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q .._UI2MA
b VcA#7
uA
4.6.2调Q原理 ug S
g0:{{ w
4.6.3电光调Q ^BhS*
E5g|*M.+f
4.6.4声光调Q WS Oz^]
jAy 0k
4.6.5染料调Q sk7 ]s7
2[g kDZ
4.7激光锁模技术 z^\-x9vL
CX#d9
8\b
4.7.1锁模原理 $Ahe Vps@@
`{9bf)vP6
4.7.2主动锁模 yVgHu#?PM
;={3H_{3
4.7.3被动锁模 (0^ZZe`# j
l9f%?<2D
思考练习题4 3U% kf<m=
J(w 3A)(
第5章典型激光器介绍 'C)
v ?!19
`j!XWh*$
5.1固体激光器 LyRW\\z2
hr3<vWAD
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 7R$O ~R3p
CI^s~M >
5.1.2固体激光器的泵浦系统 Ih)4.lLcKn
QM@zy
5.1.3固体激光器的输出特性 |G/W S0
-9(pOwN
|m
5.1.4新型固体激光器 y'(a:.%I
BRXDE7vw
5.2气体激光器 "D'"uMS`H
AejM\#>
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 3?
F~ H
H:cAORLB
5.2.2二氧化碳激光器 0G`@^`
H
h35 cj
5.2.3Ar＋离子激光器 8 &3KVd`
CZog?O}<
5.3染料激光器 -`UOqjb]3
J;'H],w}f
5.3.1染料激光器的激发机理 (# 8B
Ako]34Rl,
5.3.2染料激光器的泵浦 ic}mru
3%)@c P:?
5.3.3染料激光器的调谐 6B+?X5-6DH
IZs& 7
5.4半导体激光器 P=l 7m*m
2"_5Yyb
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 wV-9T*QrM
s"R5'W\U
5.4.2PN结和粒子数反转 [}yPy))A
n'[>h0
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 5=
T$h ;O
5+yy:#J]
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 88l1g, `**
$PRUzFZ
5.5其他激光器 oU s e~
2#/23(Wc
5.5.1准分子激光器 I51I(QF=
H!'4A&
5.5.2自由电子激光器 /B)2L]6p
Gn<0Fy2
5.5.3化学激光器 %xr'96d
$9P=
思考练习题5 z/fSs tN
\Foo:jON
第6章激光在精密测量中的应用 ESU O I
e ?FQ6 ?
6.1激光干涉测长 9WI5\`*"
; tQ(l%!
6.1.1干涉测长的基本原理 a~?B/
g &_
K+"3H e
6.1.2激光干涉测长系统的组成 wY ??#pS
n.t5:SW
6.1.3激光外差干涉测长技术 %a
FZbLK
{{?MO{Mh*
6.1.4激光干涉测长应用举例 (V1;`sI8
O(VWJ@EHn
6.2激光衍射测量 (<rE1w2s:
q*94vo-
6.2.1激光衍射测量原理 ^VW]Qr!
MV2$0
6.2.2激光衍射测量的方法 h?v8b+:0
\GQRpJ#h1
6.2.3激光衍射测量的应用 ~`="tzr:
]#W7-Q;]
6.3激光测距 ?XP4kjJ
qM+Ai*q
6.3.1激光脉冲测距 hnH<m 7
$-u c#5 7
6.3.2激光相位测距 #-PMREgO
`e fiX^
6.4激光准直及多自由度测量 !3i Za *
("F$r$9S
6.4.1激光准直仪 <VSB!:ew
'J3yJ{
6.4.2激光衍射准直仪 ` &bF@$((
,]nRnI^
6.4.3激光多自由度测量 Wp+lI1 t
%hN(79:g
6.5激光多普勒测速 mZc; n.$U
63J3NwFt
6.5.1运动微粒散射光的频率 ITg:OOQ
h Ypj
6.5.2差频法测速 $ _;rqTk]g
Z,/^lg c,
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 |vm-(HY!
uF1 4 ;
6.6环形激光测量角度和角加速度 S7WHOr9XMV
-G@uB_C s
6.6.1环形激光精密测角 EpKZ.lCU
>N 2kWSa
6.6.2光纤陀螺 G6qZ>-GiL
J[r_ag
6.7激光环境计量 p`rjWpH
8t=O=l\
6.8激光散射板干涉仪 7w" !"W#
(T$cw(!
思考练习题6 ;dMr2y `6
O`1!&XT{x
第7章激光加工技术 kTfRm^
R-dv$ z0
7.1激光热加工原理 ky] ^N)
SP<Sv8Okj
7.2激光表面改性技术 uL- kihV:-
:RukW.MR
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 2;*G!rE&*`
re/u3\ S
7.2.2激光表面熔凝技术
F):kF_ho
Gey-8
7.2.3激光熔覆技术 PX_9i@ZG
:h( 3Ep
7.3激光去除材料技术 g.Qn,l]X/p
&Ep$< kx8
7.3.1激光打孔 xzA!,75@U
:Zkjtr.\
7.3.2激光切割 "PElQBLP:
r}e(MT:R'
7.4激光焊接 m <z? 6VC
H1%o)'Kut4
7.4.1激光热导焊 +PWm=;tcC
#y7 MB6-
7.4.2激光深熔焊 f. >[ J
EXjR&"R
7.4.3激光复合焊 yx&}bu\
^`dM jeF
7.5激光快速成型技术 4clCZ@\K^
/6[vF)&
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 2?Ryk`2i )
g\/|7:yB]
7.5.2激光快速成型技术 5uSg]2 :
3AR'Zvn
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 K"g{P
~H?v L c;>
7.6其他激光加工技术 n#WOIweInf
9 ;vES^
7.6.1激光清洗技术 ow
6\j:$?
z;@<J8I
7.6.2激光弯曲 `FNU-
I4s
:N^B54o%6
思考练习题7 ;,TT!vea
FMn|cO.vEP
第8章激光在医学中的应用 v,N!cp1
{Fyw<0 [@
8.1激光与生物体的相互作用 i= >`=. ~
rGt]YG#C
8.1.1生物体的光学特性 ?wmu 0rR
- V@ST9`
8.1.2激光对生物体的作用 ho~WD' i
~e ,K
8.1.3激光对生物体应用的优点 d/3&3>/
{ i3x\|
8.2激光在临床治疗中的应用 R*W1<W%q=
X%iqve"{nB
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 L7(.dO 0C
=yqg ,w&Q
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 ka R55
P??pWzb6HH
8.2.3激光在眼科中的应用 <>-gQ 9
5qq U8I
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 /Z#AHfKF
S*3$1BTl
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 2%fkXH<
l{ fL~O
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 >/@Q7V99{
@.`HvS
8.2.7光动力学治疗 _ J"J [$
EmP2r*"rb
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 uSC I
pAN$c "
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 #^i+'Z=L
d]=>U^K
8.3.2激光断层摄影 FuBUg _h
GBd
mT-7
8.3.3激光显微镜 &|zV Wl
"6?Y$y/wm
8.4医用激光设备 =*y{y)B^g
,0>_(5
8.4.1医用激光光源 _J3 \e%ys
7#T@CKdUd
8.4.2医用激光传播用光纤 V-i:t,*lk(
D{[i_ K
8.5激光应用于医学的未来 &j{I G`Trl
! $o9:[B
8.5.1医用激光新技术 0b,{4DOD
Gn10)Uf8X
8.5.2光动力学治疗的前景 SS,'mv
:J5CmU $
思考练习题8 <("P5@cExU
H{d /%}7[v
第9章激光在信息技术中的应用 Qcs0 w(
! - gOqo
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 *K=me/
3
Y:'c<k
9.1.1半导体激光器 :Sk<0VVd7
.7#04_aP
9.1.2光纤激光器 hA"z0Fszh
#xrE^Txh
9.1.3光放大器 _Nbh Wv
E| B1h!!\c
9.2激光全息三维显示 @eDL j}
8ax3"G
9.2.1全息术的历史回顾 nQ'AB~ Do
QlxlT $o}
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 umiD2BRZ
b@[5x v\J
9.2.3白光再现的全息三维显示 X@B,w_b
'cbD;+YH
9.2.4计算全息图 =j1Q5@vS
/#?i +z
9.2.5数字全息术 g\,HiKBXd
K:sC6|wG
9.2.6全息三维显示的优点 nHL(v
4dvuw{NZ
9.2.7全息三维显示的应用 "{( 4
.J|" bs9
9.2.8全息三维显示技术的展望
D'Sdz\:4
SbpO<8}8
9.3激光存储技术 C[(Exe
%Os V(7
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 j6)@kW9x
(z<& PP
9.3.2激光光盘存储 ~ +z'pK~c
ldm=uW
9.3.3激光体全息光存储 s|&2QG0'7
c7N`W}BZ
9.3.4激光存储技术的新进展 }+f@$L
s"]L QM1|
9.4激光扫描和激光打印机 Ndx ]5
X'>] z'0W
9.4.1激光扫描 <%rG*vz i
o %tvwv
9.4.2激光打印机 MA:8g D
Lv
, Ls
9.5量子光通信中的激光源 |+i?FY A\
v0} .!u>Ww
9.5.1量子光通信 "eal Yveu
i'9
9.5.2量子态发生器及应用 l*yJU3PW
F/w!4,'<?5
思考练习题9 G%K<YyAP
nPUq+cXy]C
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 Lw.N3!e[
G l*C"V
10.1激光核聚变 8V3SZ17
QJ
s /0iw
10.1.1受控核聚变 qN_jsJ
z|SLH<~
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 RyxIJJui
U;4:F{3m
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 2FS,B\d
a8%/Xwr~
10.2激光冷却 PTvP;
> c7fg ^@
10.3激光操纵微粒 /Et:',D
T{j&w% (z
10.3.1光捕获 Os1(28rl
_A \c 6#
10.3.2微粒操纵 p]#%e0
.)mw~ 3]
10.4超越经典衍射极限的分辨率 Y0U<l1(|
R28h%KN
10.4.1解析延拓 X(#G6KeZFZ
u<\/T&S
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 nMXSpX>!|
@&d/}Mx"t
10.4.3傅里叶叠层算法 :nw4K(:f
?!-2G
10.4.4相干谱复用 y4Plm.
@K]D :MSS
10.4.5非相干结构光照明成像 o% !a
=8fp4# ]7
10.4.6超分辨荧光显微镜 (Y!@,rKd
dGcG7*EX
10.5激光光谱学 B}YB%P_CWs
$ } 7/mS@c
10.5.1拉曼光谱 X'WbS
4 S@^ym
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 6`{Y#2T
HkEfBQmh
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 ,`MUd0 n
5+'1 :Sa(i
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 Fmk,
"qs
*9((b;Ju
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 $v+Q~\'
]7-*1kL8=~
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 h O@'WoniW
3xh~xE
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 X[ }5hZcX
W :jC2,s!m
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 -D0kp~AO4N
*K'(t
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 ;2-,Xzz8
0S; H`w_S
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 TB4 |dj-%
J O`S
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 TP[<u-@G
=h\,-8
思考练习题10 @]t} bF]
)&<BQIv9/
附录A随机变量 4}Y2
B$
NB;8 e> 8
A.1概率的定义和随机变量 kb ] PW Oz
u!];RHOp|
A.2分布函数和密度函数 ne4hR]:
$uF} GP_)
A.3推广到两个或多个联合随机变量 Z~ VOO7|m
* f=H#
A.4统计平均 fn(KmuNA
0$%:zHi5g
附录B随机过程 V.6h6B!v B
%:sQ [^0
B.1随机过程的定义和描述 Dx/BxqG6}_
VChND HiH
B.2平稳性和遍历性 iVLfAN @
r* fZS$e
参考文献 Lf{9=;
h.E8G^}@
 T$)&8"Xya
|T atRB3>
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