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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。 y2 yW91B,
pQ!NhzQ
[attachment=99403] VW$ Hzx_z
a9` E&Q}z
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 z* "zXL C
fOtL6/?
1.1光的波粒二象性 u-$(TyDEl|
3g`uLA X>u
1.1.1光波 1c8 J yp
:4;ZO~eq!
1.1.2光子 oM M`7wJw
nM>oG'm[n
1.2原子的能级和辐射跃迁 OV_Y`u7 YR
bF0 y`
1.2.1原子能级和简并度 yL7D;< !S&
4U*J{' 'L
1.2.2原子状态的标记 mADq_` j
py6|uGN
1.2.3玻尔兹曼分布 d dkh*[
q~48lxDU
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 xlZ"F
MuQyHEDF
1.3光的受激辐射 8vOKm)[%
z:{'IY
1.3.1黑体热辐射 P4-`<i]!S
\!Cix}}1
1.3.2光和物质的作用 NTkGLD1e.
F#*vJb)
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 AK]{^Hvz
iC10|0%{
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 xT6&;,|`
n,q+ EZd
1.4光谱线增宽
<C`qJP-
AKk6kI8 F
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 k7z;^:
]h3<r8D_#
1.4.2自然增宽 D6=Z%h\*
!o1{. V9q
1.4.3碰撞增宽 h y3j8?66
q|;_G #4
1.4.4多普勒增宽 iZ} w>1
D~E1hr&Vd>
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 # -e
(n_lu= E70
1.4.6综合增宽 XkLl (uyh
BQu_ )@
1.5激光形成的条件 #Drs=7w
KCu @5`p
1.5.1介质中光的受激辐射放大 \
'G%%%;4
~w_ 4
nE
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 C8 9c2
|\;oFuCv##
思考练习题1 pLjet~2}iJ
2#:/C:
第2章激光器的工作原理 WDQtj$e+
5N<f\W,
2.1光学谐振腔结构与稳定性 a+sHW<QeS
5 #3/
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 QWz5iM
sL rSi
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 Z]kk.@P
- e0C
Bp
2.1.3稳定图的应用 Y7(E<1Yx
*y<Ru:D
2.2速率方程组与粒子数反转 ilJeI@
Whp;wAz
2.2.1三能级系统和四能级系统 | W4
\
G8b/eWt P
2.2.2速率方程组 [!1z;
/
5{/CqUIl
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 6$c,#%Jt*
tl9=u-D13@
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 kzU;24"K
o>*v G
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 l`=).k
swNJ\m
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 oE@{h$=
FdwT
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 jm9J-%?
=+;1^sZ
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 -wv5c
#vh1QV!Ho
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 Xvu|ss
5dOA^P@`,M
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 'D#iT}Vu
7LMad%
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 ;ELQIHnD"
Y8!T4dkn
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 yem*g 1
vQf'lEFk
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 y\0<f ` v6
Vfew )]I
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 $jMU| {
wUkLe-n,dE
2.5激光器的损耗与阈值条件 ] = ar&1}J
$T* ##kyE9
2.5.1激光器的损耗 .s$#: ls?
dv3+x\`9
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 nTrfbK@
]}z ;!D>
2.5.3阈值条件 K|*Cka{
Y#'mALC 2
2.5.4对介质能级选取的讨论 cy)b/4h@
fq-$u;~h
思考练习题2 G #n99X@-
# k? Rl
第3章激光器的输出特性 [?TQ!l} 8A
mtDRF'>P:
3.1光学谐振腔的衍射理论 N{Og; roGD
"h.} o DS
3.1.1数学预备知识 |F5^mpU
=w &%29BYq
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 )Y':u_Lo
pAg;Rib
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
v|+}>g
YbZ<=ZzO4
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 tm\ < w H
it !i'lG
3.2对称共焦腔内外的光场分布 G3QB Rh{
qmUq9bV
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 6w{^S~rqo
q|m 8G
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 Yjz'lWg
$eQ_!7Gom$
3.3高斯光束的传播特性 ?QO) b9
Y{y #us1
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 o:C:obiQbu
2 c fzLW(
3.3.2高斯光束的相位分布 }i_[wq{E&
SxXh
N
3.3.3高斯光束的远场发散角 #r 1
$=GY
%Fb"&F^7
3.3.4高斯光束的高亮度 U@[P.y~J
G-oC A1UdN
3.4稳定球面腔的光束传播特性 + T[3wL~
, u QLXF2
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 W.p->,N
%o< &O(Y
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 2a*1q#MpAt
G}i\UXFE
3.5其他几种常用的激光光束 Jl3l\I'
`xe[\Z2
3.5.1厄米-高斯光束 l ,)l"6OV
+AyQ4Q(-o
3.5.2拉盖尔-高斯光束 { np KdX
P,AS`=z
3.5.3贝塞尔光束 F sZM_0>/s
f
; |[
3.6激光器的输出功率 !$h%$se
)<4o"R:*
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 ;nj 'C1
Q"8)'dL'
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 Rz`<E97-
"n
'*_rh>+
3.7激光器的线宽极限 XRs/gUT
Jf`;F :
3.8激光光束质量的品质因子M2 &dvJg
`ZN@L<I6
3.9模式激光的某些一阶统计性质 R#tz"T@
G% ycA m
3.9.1单模激光的一阶统计性质 =pWpHbB.
P;KbS~ SlC
3.9.2多模激光的一阶统计性质 P,h@F+OZN
3]'=s>UO>^
思考练习题3 ?>q=Nf^ Q.
{114
[
第4章激光的基本技术 m'k`p5[=h
mUr@w*kq|p
4.1激光器输出的选模 doc5;?6
"r cPJX
4.1.1激光单纵模的选取 9b]*R.x:$&
V 2w[0^ L
4.1.2激光单横模的选取 _' n;rZ +
i40r}?-
4.2激光器的稳频 \+GXUnkj
~\<ZWU<BE
4.2.1影响频率稳定的因素 #2yOqUO\
!nVX .m9
4.2.2稳频方法概述 a,cDj
nS?HH6H
4.2.3兰姆凹陷法稳频 |BH,
H
rA*,)I_v@
4.2.4饱和吸收法稳频 LDV{#5J
1b3Lan_2
4.3激光束的变换 \<lV),
`H/HLCt
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 Bo%M-Gmu
+\Q6Onqr
4.3.2高斯光束的聚焦 O-T/H-J`
m OmT]X
4.3.3高斯光束的准直 }r^MXv ~(
u6r-{[W }
4.3.4激光的扩束 rLL;NTN+/
MiRH i<g0
4.4激光调制技术 4vqu(w8
L
m}uF&|5
4.4.1激光调制的基本概念 8QC:ro
W]Ph:O ^5c
4.4.2电光强度调制 AU'{ aC+p
?U-p
jjM
4.4.3电光相位调制 ;;nm F#
RB &s$6A
4.5激光偏转技术 ^ *
DKF
3'/wR K l
4.5.1机械偏转 s vo^#V~h'
1~7y]d?%
4.5.2电光偏转 38'H-]8q"
A5H[g`&
4.5.3声光偏转 } |SVt`n
Z N4&:9M
4.6激光调Q技术 cQ+, F2
Be]o2N;J
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q W2^eE9
n.1a1 Tf
4.6.2调Q原理 ! h4 So4p
9h0| ^ttF
4.6.3电光调Q UVI=&y]c,p
Yhsb$wu
4.6.4声光调Q ,MvvW{EY
pwZ &2&|
4.6.5染料调Q Q o=
;N1FP*
4.7激光锁模技术 wy -!1wd
IS=)J( 0
4.7.1锁模原理
?5GjH~
3K0J6/ mc
4.7.2主动锁模 &Y#9~$V=
[FCNW0NV
4.7.3被动锁模 _%L3?PpF"
>=Rb:#UM
思考练习题4 0>?m F]M
9a4RW}S<
第5章典型激光器介绍 Z$hxo )|
QB @*/Le
5.1固体激光器 C3<3
B " B
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 1b D c ct
^a}{u$<
5.1.2固体激光器的泵浦系统 ?<}qx`+%Q
q{5V q_s\
5.1.3固体激光器的输出特性 #M>E{w9
~,guw7F
5.1.4新型固体激光器 02+^rqIx5
D0]9
-h
5.2气体激光器 $fn^i.
$N
]P#g?Q
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 [a
Z)*L
;
\C6m.%%={R
5.2.2二氧化碳激光器 G^OSXf5
+I~?8*
5.2.3Ar＋离子激光器 Bh.'%[',
* K 7L5.
5.3染料激光器 j>:T)zhyY
J+4uUf/d!
5.3.1染料激光器的激发机理 lGz0K5P{
YS~x-5OE\
5.3.2染料激光器的泵浦 | UaI i^
N1$P6 ZF
5.3.3染料激光器的调谐 FP Mk&
0VZj;Jg}q
5.4半导体激光器 3_>1j
0CR;t`M@
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 @ rF\ 6I
:({<"H)!'
5.4.2PN结和粒子数反转 th<]L<BP/
)}aF =%
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 -,t YfQ;:
$5o<Mj
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 loB/w{r*x
:R y 24X
5.5其他激光器 r6)1Y`K=9
9..k /cH
5.5.1准分子激光器 ~_&.A* Jh
K|/a]I":
5.5.2自由电子激光器 Rb0{t[IU
-a[{cu{
5.5.3化学激光器 mc=*wr$
_7<U[63
思考练习题5 P:TpB6.=q
`3Kpr pE8v
第6章激光在精密测量中的应用 +g[B &A!d+
w;(gi
6.1激光干涉测长 :&%;s*-9
`lhLIQ'j
6.1.1干涉测长的基本原理 (D{}1sZBQ
O /&% `&2
6.1.2激光干涉测长系统的组成 ["M >
"m3Y))a
6.1.3激光外差干涉测长技术 f0s
& 9H
6T s`5$e
6.1.4激光干涉测长应用举例 yDC97#%3u
1sjn_fPz
6.2激光衍射测量 d/&|%Z
r
B,>Fh X>h
6.2.1激光衍射测量原理 < &2,G5XA
;`B35K
6.2.2激光衍射测量的方法 w!RH*S
\gkajY -?
6.2.3激光衍射测量的应用 G= cx c_9
a AM UJk
6.3激光测距 3c3Z"JV
`[CJtd2\
6.3.1激光脉冲测距 }hYE6~pr
q1Sm#_7
6.3.2激光相位测距 +a-@
!J~:
HH?*"cKF~
6.4激光准直及多自由度测量 m-RY{DO+
De A'D|
6.4.1激光准直仪 hhGpB$A
.}N^AO=
6.4.2激光衍射准直仪 ]LTc )[5Zj
dO,05?q|
6.4.3激光多自由度测量 l`&6W?C
J36@Pf ]h
6.5激光多普勒测速 &|'6-wD.
?8@*q6~8
6.5.1运动微粒散射光的频率 y Xx62J
b]BA,D 4
6.5.2差频法测速 Pfx71*u,
;;!{m(;LS}
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 [Z\1"m
sVd_O[
6.6环形激光测量角度和角加速度 qk,y |7 p
F |81i$R
6.6.1环形激光精密测角 Vor9
?F&w
!h>$ bm
6.6.2光纤陀螺 "n }fEVJ,
~^~RltY
6.7激光环境计量 tcEf
~|3
hX%v`8
6.8激光散射板干涉仪 5,BkwAr+6[
sDm},=X}
思考练习题6 Xh AcC
IQ=|Kj9h
第7章激光加工技术 h<ct W>6v
NoZ4['NI\
7.1激光热加工原理 OW}j4-~wL
h)
PB
7.2激光表面改性技术 KH>sCEt
f^sb0nU
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 Y~hd<8 ~
irb.F>( x
7.2.2激光表面熔凝技术 RK:sQWG
X1[R*a/p
7.2.3激光熔覆技术 2G5!u)
UN?T}p-
oF
7.3激光去除材料技术 7TPLVa=hO
*2
$m>N
7.3.1激光打孔
"rDzrz
[I<'E
LX
7.3.2激光切割 T.P Z}4
8tRh V2
7.4激光焊接 :'rZZeb'
F"f}vl
7.4.1激光热导焊 TgE.=` "7
H&=4y) /.
7.4.2激光深熔焊 2a(yR >#
VE"0 VB.
7.4.3激光复合焊 `) !2E6 =
9g5{ 3N3
7.5激光快速成型技术 ySK Yqt z
7U
)qC}(
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 LOUKURe E
.'{6 u;8
7.5.2激光快速成型技术 -kri3?Y,
Wl RZ|.
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 VBsFT2XiL
l^y?L 4hg)
7.6其他激光加工技术 UNcJ =
9Glfi@ .
7.6.1激光清洗技术 IfmIX+t?
q'AnI$!
7.6.2激光弯曲 Z=Y _;dS 9
sEJ;t0.LX
思考练习题7 3G/ mB
;0 Ct\ [eh
第8章激光在医学中的应用 @1SKgbt>
i&'^9"Z)O
8.1激光与生物体的相互作用 J%-l w{FC
<
J<;?%]
8.1.1生物体的光学特性 k5%0wHpk =
'UXj\vJ 3E
8.1.2激光对生物体的作用 Q ~Sv2
Rw
ao5l=x
8.1.3激光对生物体应用的优点 N"
Jtg@w
wI]R+.
8.2激光在临床治疗中的应用 PxVI {:Uz
Vq)gpR
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 T.w}6? 2
7k#${, k
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 fF9 oYOh|
e<O;pM:
8.2.3激光在眼科中的应用 rb}wv16?
X?v ^>mA
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 hKzBq*cV
G0; EbJ/&
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 wp]7Lx?F
Yr"!&\[oz
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 J.e8UQ@=5
^2;(2s
8.2.7光动力学治疗 1nlE3Y?AV
\l=KWa 3Q
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 ; LF)u2x=
[cTRz*\s
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 cxP9n8CuT
%X9:R'~ sP
8.3.2激光断层摄影 d0}% %T
C@UJOB
8.3.3激光显微镜 K7[AiU_I
DtJTnvG~B
8.4医用激光设备 =4M.QA@lI!
rMXOwkE
8.4.1医用激光光源 ghJ,s|lH
/,uSCITD
8.4.2医用激光传播用光纤 O2'bNR
UU;-q_H6
8.5激光应用于医学的未来 gGI#QPT`X
5fj
8.5.1医用激光新技术 e0|_Z])D
k qY3r &
8.5.2光动力学治疗的前景 T) Zt' M
` r'0" V
思考练习题8 vzohq1r5
.^W\OJ`G
第9章激光在信息技术中的应用 WK_y1(v>
FQ_%)Ty2
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 Q0L@.`~
R!_8jD:$
9.1.1半导体激光器 =mi:<q
,. 6J6{
9.1.2光纤激光器 VT5cxB<
B.Zm$JZ :
9.1.3光放大器 [ n0##/
tkdBlG]!
9.2激光全息三维显示 1o;g1Z/
rt 3f7 s*
9.2.1全息术的历史回顾 Mg a@JA"
cz7 CrK~5
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 'd2qa`H'}B
(/ "K+$8'
9.2.3白光再现的全息三维显示 ]e@0T{!
{w |dM #
9.2.4计算全息图 hr_9;,EPh
nL":0!DTRD
9.2.5数字全息术 L=
:d!UF
[w&#+h-q
9.2.6全息三维显示的优点 cD'HQ3+
I+Ncmg )>
9.2.7全息三维显示的应用 Uw2,o|=O
c|\ZRBdI
9.2.8全息三维显示技术的展望 J0ZxhxX35
N"Qg\PS _
9.3激光存储技术 S1 EEASr!}
(xZr ]v ]U
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 PJxak3
.pS&0gBo\
9.3.2激光光盘存储 `2x H7a-
E[|s>Xv~
9.3.3激光体全息光存储 YGq=8p7.R
_KB{J7bs<a
9.3.4激光存储技术的新进展 "*++ 55
fB f 4]^
9.4激光扫描和激光打印机 _pz,okO[V
KP[N uXA`
9.4.1激光扫描 [x2JFS#4
! US8aT
9.4.2激光打印机 <*s"e)XeqF
DS#c m3
9.5量子光通信中的激光源 Vs#"SpH{ '
7|&e[@B
9.5.1量子光通信 0>,.c2) ,
?muDTD%c
9.5.2量子态发生器及应用 sU) TXL'_!
(C8 U
思考练习题9 {]wIM^$6+
1R0ffP]
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 U@Z>/ q
\~JNQ&_o
10.1激光核聚变 J>rka]*
~bdv_|k
10.1.1受控核聚变 k: b/Gq`
QWrIa1.JC
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 :83,[;GO2
2 \^G['9
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 Z[",$Lt
e^j<jV`1
10.2激光冷却 R/^@cA
&4 ,WG
10.3激光操纵微粒 &&[zT/]P
rRB~=J"
10.3.1光捕获 ~9Z h,p ;
ze`1fO|%
10.3.2微粒操纵 q@(1Yivk
YE zU{J
10.4超越经典衍射极限的分辨率 n;wwMMBM
+' %@!
10.4.1解析延拓 C:]s;0$3'9
KQ&Y2l1*>>
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 6+.>5e
D^Te%qnW
10.4.3傅里叶叠层算法 !; IJ
{P-xCmZ~Wt
10.4.4相干谱复用 {m[s<A(
<OTWT`G2
10.4.5非相干结构光照明成像 B$rTwR"( -
+a%xyD:.?
10.4.6超分辨荧光显微镜 XA e \s`
2
P=[
10.5激光光谱学 j&5G\6:
iOX Z ]Xj5
10.5.1拉曼光谱 *h$&0w
y
~W<CE_/]k
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 _a](V6
5F2_xH$5
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 6B0# 4Qrv
h4_ b!E@
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 l3 .
q j&b o
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 ',7a E@PJ
^i+ [m
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 @Br
{!# Wf
O sQkA2=
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 d+;gw*_Ei
gxwo4.,
10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 ldGojnS
7Y 1GUIRa3
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 ^"9*
'vTtc
yEq#Dr
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 `0{ S3 v
'c V?i&;
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 aBhV3Fd[B
/`[!_4i
思考练习题10 _%~$'H y
zvY+R\,in
附录A随机变量
W^ Y#pn
w7FoL
A.1概率的定义和随机变量 .Pe9_ZH$W
sYqgXE.
A.2分布函数和密度函数 <_Eg?ePW#
:P$#M C
A.3推广到两个或多个联合随机变量 P`S@n /}
%T!J$a)qf
A.4统计平均 (&[[46
_OMpIdY,R*
附录B随机过程 .$&Q[r3Lu
`pL^}_>|GM
B.1随机过程的定义和描述 >xqM5#m`E$
)}MHx`KT2
B.2平稳性和遍历性 ('C7= u&F
e$ e#NoN
参考文献 kkS~4?- *
y<- _(^
 8 Ti G3
" B{E CM;
（实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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