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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。 z_c-1iXCW
g`y9UYeh
[attachment=99403] Ana[>wSZO@
U]Q 5};FK
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 !.h{/37]
r\m{;Z#LJm
1.1光的波粒二象性 AbNr]w&pXC
;D'm=uOl
1.1.1光波 '6D"QDZB
<Sot{_"li
1.1.2光子 c!@|y E,
{aE[h[=r
1.2原子的能级和辐射跃迁 EW$drY@
A!Tl
1.2.1原子能级和简并度 BB}WfA
/ Xnq0hN
1.2.2原子状态的标记 bK "I9T #
$_JfM^w
1.2.3玻尔兹曼分布 O72g'qFPE
C6ql,hR^h`
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 J{/hc }
$
AMrYT+1
1.3光的受激辐射 8wWp+Hk
MJX
ny4n
1.3.1黑体热辐射 'v '[_(pq
R &1>\t
1.3.2光和物质的作用 WrP+n
xWLZlUHEu
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 :V(C+bm *
/5 z+N(RFC
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 U<Oc&S{]*
2IJniS=[>
1.4光谱线增宽 /CALX wL
$2FU<w$5
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 g?v/ u:v>W
Km x4bp4
1.4.2自然增宽 ]Mq -67
{ X?Aj > l
1.4.3碰撞增宽 39^+;Mev
c RI2$|
1.4.4多普勒增宽 f['I4 /o
/'oo;e
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 T6y~iNd<
a[ ;L +
1.4.6综合增宽 p#c41_?'e
4UbqYl3 |a
1.5激光形成的条件 T Tbe{nb
t7-r YY(
1.5.1介质中光的受激辐射放大 dr#%~I
koB'Zp/FaY
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 &CRgi488b
\<I&utn
思考练习题1 bV:<%l]
5XT^K)'
第2章激光器的工作原理 'xd8rN %T
h_-4Q"fb(
2.1光学谐振腔结构与稳定性 )fo0YpE^|
.Z]hS7t
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 \e' Vsy>q
%,$xmoj9O]
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 = y^5PjN
4SUzR\
2.1.3稳定图的应用 ftmP dha%+
1N65 M=)
2.2速率方程组与粒子数反转 { $t*XTY6R
1z|bQ,5
2.2.1三能级系统和四能级系统 r4cz?e |
_KloX{a
2.2.2速率方程组 d@^%fVhG
O\uIIu y
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 "Plo[E
v`L]dY4,
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 ).HA #!SE
].Bx"L!B
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 5{W Aw !
,ye[TQ\,M
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 f4,|D |
Bi9Q8 #lh
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 YeT{ <9p
k )z>9z %D
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 *Dq ++
\{Q_\ s&)
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 Y8%l)g
`uLr^G=;
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 #Rfc p!
iM7 ^
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 W=g'Xu!|!2
f.j<VKF}
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 yX*$PNL5w
3st?6?7|
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 GwX hn2
'+l"zK ]L-
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 2 Y9u9;ah
[So1`IA6
2.5激光器的损耗与阈值条件 cjhwJ"`H
P9:5kiP H
2.5.1激光器的损耗 G3y8M |:
z.(DDj
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 `e;r$Vpd_
a0k;way
2.5.3阈值条件 %H{;wVjK
z{
M2tLNb
2.5.4对介质能级选取的讨论 'y>Y */
s5G`?/
思考练习题2 y5*zyd
z}==6| {
第3章激光器的输出特性 `#<UsU,~Lu
/Q)I5sL@E
3.1光学谐振腔的衍射理论 "uL~D5!f
x'?p?u~[
3.1.1数学预备知识 B R
UpD4'!<buV
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 Ri AMW|M"C
<-'
! I&
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 [\eVX`it
%A3m%&(m&%
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 ,) dlL tUm
#Vmf
6
3.2对称共焦腔内外的光场分布 x%k@&d;z
NNr6~m)3v
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 pl[@U<8aw
D/"vel V
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 S,5 >/'fy0
rZ n@i
3.3高斯光束的传播特性 )HI\T];
nql9SQ'\\
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 JvvN>bg
|q j"p
3.3.2高斯光束的相位分布 4sO Rp^t'Q
*aS+XnT/
3.3.3高斯光束的远场发散角 ;ow)N <Z
$kN=45SR
3.3.4高斯光束的高亮度 !x
~s`z
N2HD=[*cr
3.4稳定球面腔的光束传播特性 #Ff8_xhP 2
?B e}{Qqlg
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 }[lP^Qs
Ua:@,};
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 ^$%
Sg//
n6t@ e^
3.5其他几种常用的激光光束 <'UGYY\wg0
VoUo!t:(+
3.5.1厄米-高斯光束 R ai
0 4
})70S8k
3.5.2拉盖尔-高斯光束 YU8]W%
ilK*Xo
3.5.3贝塞尔光束 +a N8l1
Cy/VH"G=
3.6激光器的输出功率 ff R%@
<},JWV3
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 &wY$G! P
pZ \7!rON
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 Ng !d 6]
6hd<ys?
3.7激光器的线宽极限 1|"BpX~D
F xm:m
3.8激光光束质量的品质因子M2 .1;UEb|T
)kI**mI}
3.9模式激光的某些一阶统计性质 :8oJG8WH
%c\k LSe
3.9.1单模激光的一阶统计性质 w$9LcN
of_y<dd[G
3.9.2多模激光的一阶统计性质 I-g/ )2
AnX<\7bc}
思考练习题3 ARf{hiV6Wt
M$Z2 "F;
第4章激光的基本技术 @j}%{Km]Y
MA:5'n
4.1激光器输出的选模 P$k*!j_W
R Qo
a
4.1.1激光单纵模的选取 m Rw0R{
yCN_vrH>
4.1.2激光单横模的选取 TE+>|}]R
njX$?V
4.2激光器的稳频 /<8y >
&5R|{',(Y
4.2.1影响频率稳定的因素 zM=MFKhi ~
/qIl)+M
4.2.2稳频方法概述 cXqYO|3/M
^c.D& y%5
4.2.3兰姆凹陷法稳频 [F-GaaM
1,;X4/*
4.2.4饱和吸收法稳频 1
rhZlmf[r
%2 zmc%]r
4.3激光束的变换 rfEWh
Vy(}
~o%igJ
}.C
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 zX&SnT1~
lh"*$.j -
4.3.2高斯光束的聚焦 +K'Hr: (
X@DW1<wEt
4.3.3高斯光束的准直 m]AT-]*f
]$lt
4.3.4激光的扩束 vsj4? 0 =
f2;.He
4.4激光调制技术 Wvr{l
* |dr-e_j
4.4.1激光调制的基本概念 %?PFe}
&R%'s1]o
4.4.2电光强度调制 87 s *lS
P$z_A8}
4.4.3电光相位调制 g5@g_~ g
kUgfFa#_
4.5激光偏转技术 [ncK+rGAc
Fa )QDBz)
4.5.1机械偏转 MWh Y&I+
zd=O;T;.
4.5.2电光偏转 _rwJ: r
Y/FPkH4
4.5.3声光偏转
L\Pm T
+ GI906K
4.6激光调Q技术 T[bC Y 6
">oySo.B?
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q K@O^\
h<Aq|*
4.6.2调Q原理 Z]]Ur
BHUI1y5t
4.6.3电光调Q C}RO'_Pq
cg MF ? ;V
4.6.4声光调Q 8D*nU3O
5 aA*
~\
4.6.5染料调Q g |>L T_
Ur(R[*2bx
4.7激光锁模技术 C 1k< P
!5o j~H
4.7.1锁模原理 @x}"aJgl
__g
k:a>oQ
4.7.2主动锁模 pd|KIs%jl
At iUTA
4.7.3被动锁模 >[ fu&r1
[k6I#v<&
思考练习题4 R c+olJ^5
SMX]JZmH
第5章典型激光器介绍 Y_JQPup
cq4~(PXT g
5.1固体激光器 f"ndLX:'}
.S/ 5kL ul
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 ?*fY$93O
0<uek
5.1.2固体激光器的泵浦系统 &
o 5x
;Bs ~E
5.1.3固体激光器的输出特性 s<s} 6 |Z
DiFY VR<@
5.1.4新型固体激光器 V*giF` gq
0[MYQl`
5.2气体激光器 [ 7Lr"
QqA=QTZ}
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 e&}W#
hmu>s'
5.2.2二氧化碳激光器 1RRE{]2v#
SVe]2ONd
5.2.3Ar＋离子激光器 4)S99|1
OETo?Wg1Z
5.3染料激光器 ]`/>hH>+~9
!T{+s
T
5.3.1染料激光器的激发机理 7D6`1 &
K^u,B3
5.3.2染料激光器的泵浦 5=pE*E TJ
xyp{_ MZ
5.3.3染料激光器的调谐 q/#e6;x
!dLu ($P
5.4半导体激光器 - S'K xC
ldA_mj{
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 J9Ao *IW~
+N t4R:N
5.4.2PN结和粒子数反转 ABWn49c.
M/N8bIC! Q
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 v:t;Uk^Y
0*gvHVd/l
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 D:z'`v0j
,md_eGF
5.5其他激光器 g#5R|| r
fN&,.UB^p
5.5.1准分子激光器 "q=Cye
5\Q Tm;
5.5.2自由电子激光器 J(7#yg%5
`i.BB jx`
5.5.3化学激光器 [wGj?M}
$}9jv3>)
思考练习题5 GX>8B:]o|
Q5,zs_j
第6章激光在精密测量中的应用 vqm|D&HU
Coi[cfg0
6.1激光干涉测长 {L-^J`> G
u{sHuVl
6.1.1干涉测长的基本原理 O$ *lPA[
qSY\a\.<
6.1.2激光干涉测长系统的组成 2"IV
e?>
6.1.3激光外差干涉测长技术 (GJtTp~2C4
HpnF,4A>
6.1.4激光干涉测长应用举例 j4~(6Imm
L'+bVP{L
6.2激光衍射测量 n7[nl4 3
`"5U b,~
6.2.1激光衍射测量原理 gRLt0&Q~
%U\,IO `g
6.2.2激光衍射测量的方法 $ L*gtZ
,P eR}E;c
6.2.3激光衍射测量的应用 ;_<~ 9;
c4H6I~2Na
6.3激光测距 \5ls
<=S.
wvv+~K9jq
6.3.1激光脉冲测距 Y~"tL(WfJl
69c4bT:b"
6.3.2激光相位测距 Z/Rp?Jz\j/
pN9 !
6.4激光准直及多自由度测量 y ``\^F
UqK .b}s
6.4.1激光准直仪 <T oS&
;s +/'(*
6.4.2激光衍射准直仪 jSI1tW8
(?z?/4>7<
6.4.3激光多自由度测量 csP4Oq\g[
K~L&Z ?~|E
6.5激光多普勒测速 7`|'Om?'
u
r$
6.5.1运动微粒散射光的频率 \{h_i
FU!
\e86'&
6.5.2差频法测速 f_c\uN@f
U0&myj 8L
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 "~4V(
?8~l+m6s$
6.6环形激光测量角度和角加速度 cv '8_3
/YJo"\7
6.6.1环形激光精密测角 lNX*s
E
.
#}7T$Va
6.6.2光纤陀螺 wd` p>
Ed=/w6<
6.7激光环境计量 iv*RE 9?^
LUQ.=:mBR
6.8激光散射板干涉仪 rJiF2 W
PQaTS*0SXJ
思考练习题6 7y
Cf3
A/y|pg5
第7章激光加工技术 +`d92T z
P zJ (Q
7.1激光热加工原理 o/-RG LzAo
O=%Ht-kOc
7.2激光表面改性技术 mV}bQ^*?Z
=M1}HF,7>l
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 ; hQ[-
u`v&URM
7.2.2激光表面熔凝技术 WJ8i=MO67
klKUX/ g
7.2.3激光熔覆技术 J!Z6$VERy
Cu@q*:'
7.3激光去除材料技术 !oH{=.w
|k}<Zz1UM
7.3.1激光打孔 :!Ci#[g
=%` s-[5b
7.3.2激光切割 6FDj :~
It3k#A0
7.4激光焊接 d/
Lz"
z</ C)ObL
7.4.1激光热导焊 L&6^(Bn
4 U dk#
7.4.2激光深熔焊 !Q\*a-C
ZX/FIxpy
7.4.3激光复合焊 ;Z*rY?v
A ;8kC}
7.5激光快速成型技术 >lIzeEW#
6% V:Z
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 <y7{bk~i
\PS]c9@,rc
7.5.2激光快速成型技术 q{h,}[U=
3$"V,_TBZ
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 8Yc-3ozH
&0kr[Ik.
7.6其他激光加工技术 b@J "b(
'`^~Zy?c
7.6.1激光清洗技术 WWSycH
?[
/)[-5n{
7.6.2激光弯曲 i6yA>#^
z#gebr~_\
思考练习题7 b I m4 s
5QqU.9M
第8章激光在医学中的应用 |kZ!-?9Z
2#NnA3l]x%
8.1激光与生物体的相互作用 k2eKs*WLC
@7}XBg[pI
8.1.1生物体的光学特性 ou0TKE9
_
TDw~sxtv&
8.1.2激光对生物体的作用 >V8!OaY5n
cq>J]35
8.1.3激光对生物体应用的优点 wfO -bzdw
,q%X`F
rc
8.2激光在临床治疗中的应用 ;40Z/#FI
r.)n>
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 d"5_x]Z;
Q>Ct] JW&
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 62nmm/c
0`zd j
8.2.3激光在眼科中的应用 t{UVX%b
Q=!
lbW
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 W'"hjQ_
x#E
M)Thq
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 Qe F:s|[
z~f; }`0
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 I]n X6=j5
n' ,7=~
8.2.7光动力学治疗 [;hkT
Z42q}Fhm*R
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 Pg.JI:>2Ku
^XeJZkLEB
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 q5Zu'-Cx@
N5l`Rq^K
8.3.2激光断层摄影 8; `B3N7
r;b `@
.
8.3.3激光显微镜 \>4> sCC
\X6q A-Ht
8.4医用激光设备 =P ,mix|
:$VGqvO12W
8.4.1医用激光光源 -J!n 7
Q~ "Lyy8
8.4.2医用激光传播用光纤 X*#\JF4$i
5M> p%/
8.5激光应用于医学的未来 Q65M(x+oy
l9/}fMi
8.5.1医用激光新技术 k6DJ(.n'%a
_!|$ i
8.5.2光动力学治疗的前景 {R(/Usg!=
i.^UkN{
思考练习题8 ?lqqu#;8
O:+y/c
第9章激光在信息技术中的应用 u`B/ 9-K)y
Tq* <J~-
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 ZwxEcs+UM
b"@-9ke5I
9.1.1半导体激光器 9FC_B+7
_ \+0e:Ae
9.1.2光纤激光器 kL s{B
`r&Ui%fk;0
9.1.3光放大器 9(X~
xP9R
d/xa|
9.2激光全息三维显示 8WLh 7[
O>f*D+A-
9.2.1全息术的历史回顾 UCm JQJc
Gn6\n 'r0
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 q~18JB4WPJ
?l[#d7IB
9.2.3白光再现的全息三维显示 SANb g&$
X,M!Tp
9.2.4计算全息图 i< i mE#
?st}rJ_
9.2.5数字全息术 =.J>'9 Q
Grw[h
9.2.6全息三维显示的优点 V[^A V"V
/Re 67cMQ*
9.2.7全息三维显示的应用 Z @m5hx&
kVeY} 8
9.2.8全息三维显示技术的展望 ?TDmW8G}J
(.z0.0W
9.3激光存储技术 -NzOX"V]3
vGH]7jht
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 4ke.p<d G
mWoN\Rwj
9.3.2激光光盘存储 BVv -1$ U^
=%}(Dvjv
9.3.3激光体全息光存储 5^qs>k[mN
M_?B*QZJI
9.3.4激光存储技术的新进展 ~y 2joStx
&RS)U72
9.4激光扫描和激光打印机 <|3F('Q"
0|hOoO]?q&
9.4.1激光扫描 fP;I{AiN~
lS2 `#l >
9.4.2激光打印机 =L"I[
FAGi`X<L
9.5量子光通信中的激光源 Mu" vj*F
H11@ DQ6
9.5.1量子光通信 'L1yFv
-G1R><8[
9.5.2量子态发生器及应用 EcR[b@YI
H?=[9?1wI5
思考练习题9 925T #%y
)>rYp
)
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 VzM (u _)
~2NT Xp
10.1激光核聚变 za.^vwkBk2
&` "uKO]
10.1.1受控核聚变 -&y& b-
H!y-o'Z
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 %
5!Y#$:{o
1JGww]JZo
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 Me+)2S 9
#b&=CsW`
10.2激光冷却 ^sJp!hi4=)
Ej@N}r>X
10.3激光操纵微粒 .?F`H[^)^u
p2GN93,u@P
10.3.1光捕获 3\B~`=*q/
@a]`C
$ 6
10.3.2微粒操纵 PB:r+[91
r_ V^sX
10.4超越经典衍射极限的分辨率 ]#r mk!VT?
:bP <H
10.4.1解析延拓 '
b,z E[Q
X=k|SayE8
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 ~c=*Y=)LG
-,"eN}P^
10.4.3傅里叶叠层算法 Je#3
e A9r M:
10.4.4相干谱复用 /jU4mPb;\D
f*[Uq0?
10.4.5非相干结构光照明成像 U,`F2yD/!
?l
0WuU
10.4.6超分辨荧光显微镜 K+U0YMRmz
%C >Win)g
10.5激光光谱学 $O9#4A;
g+k
yvI7o
10.5.1拉曼光谱 HxShNU
WODgG@w
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 Dd,]Y}P
B{Lzgw u;
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 ZN`I4Ak
qS[nf>"
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 V#-8[G6Ra
}4*~*NoQ
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 p:4oA<V
`[4{]jX+<
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 T!H }^v
s9?H#^Y5u
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 A@ G%*\UZ
qP[jtRIN
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 K&iU+
dMH}%f5;1
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 s !HOrhV
(DKQHL;
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 )!D,;,aQ
^pvnUODW[
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 ?7aeY5p
;U<rFs40
思考练习题10 1 &YkRCn0
ca$K)=cDW
附录A随机变量 xR5zm %\
V)Y#m /$`
A.1概率的定义和随机变量 bX&=*L+ h6
140_ WV?7
A.2分布函数和密度函数 ]AB4w+6!
&B ^LaRg
A.3推广到两个或多个联合随机变量 a"X9c U[
E$E #c8I:
A.4统计平均 5+iXOs<
/.[78:G \,
附录B随机过程 7a<:\F}E0
)Es|EPCx!
B.1随机过程的定义和描述 JE/Kf<
4Y }{?]>pu
B.2平稳性和遍历性 5*Y(%I<
|Skhx9};
参考文献 @7,k0H9Moa
MJ I`1*(
 Vqxxm&^P
8A2 _4q@34
（实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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