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。 pg!MtuC} B=;kC#Emtf  OjAdY\
] 1 Rnoz[1y?0 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 ;N(L , w;{Q)_A 1.1光的波粒二象性 _3D9>8tzE7 x/CM)!U) 1.1.1光波 W!R0: - @"BhKUoV$K 1.1.2光子 3! \h'5{ c-5AI{%bl6 1.2原子的能级和辐射跃迁 %gs?~Xl)] QuG"]$ 1.2.1原子能级和简并度 1x=x,lcL d/jP2uu A 1.2.2原子状态的标记 S9r?= K i}zz!dJTE 1.2.3玻尔兹曼分布 ~c<8;,cjYR )XavhS~Ff 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 99`w'Nlk } eW<P079 1.3光的受激辐射 OJ"./*H q^< H G] 1.3.1黑体热辐射 wggB^ }~ hSw =Oq82 1.3.2光和物质的作用 ~##FW| N) 1KrJS(. 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 ,mHUo4h1O f,E7eL@ 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 EnlAgL']| Ex
z B{ " 1.4光谱线增宽 .#bf9J OE yU& ;\' 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 zG<<MR/< yc~<h/}# 1.4.2自然增宽 B~ i /+J nEFf 1.4.3碰撞增宽 2aCf?l( te2 vv]W1 1.4.4多普勒增宽 NJ.oM E@= c QuL9Xo 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 qe#5;# C
'MR=/sd 1.4.6综合增宽 /q\e&&e RG'76?z 1.5激光形成的条件 { R-o8N "r_wgl% 1.5.1介质中光的受激辐射放大 o
?vGI= {eI '0== 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 64mEZ_kG, r9&m^ ,U 思考练习题1 I/tMFg y)&K9 I 第2章激光器的工作原理 Rr %x;- i (;`x 2.1光学谐振腔结构与稳定性 hBpa"0F z/xPI)R[ 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 !2.BLJE> "E\mj'k 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 f\dfKNm6 ^@AyC"K 2.1.3稳定图的应用 lP`B Kc, ebI2gEu;a 2.2速率方程组与粒子数反转 vuPNru" 2 |EX=Rj* 2.2.1三能级系统和四能级系统 Zf@B<
m =oSd M2 2.2.2速率方程组 /m"/#; ^l N$]er'` 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 XP?j sBE c**&, aL 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 q/U-6A[0 \(P?=] - 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 B ?? 07j &;d
N: F; 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 %r(WS_%K| I*
C~w 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 \6&Ml]1 D;V[9E=g/ 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 1B2#uhT]r ZAg Xz{!H( 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 $!.>)n @!f4>iUy 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 l(sVnhL6h _=s9o/Cn] 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 +,>%Yb =EA ,<tJ` ,0X 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 U*$P "sS` G m Wr 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 v{a%TA9- KN|<yF 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 Yn }Gj' m g'q-G`\< 2.5激光器的损耗与阈值条件 1W{ N6+u *pJGp:{6V? 2.5.1激光器的损耗 h.>SVQ zU ^_bG{du 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 >J:=)1` 2P"9m 2.5.3阈值条件 RtMI[ `]eJF|" 2.5.4对介质能级选取的讨论 C!5A,| DX +r8bGS]ki 思考练习题2 eTx9fx w [v"Z2F<.= 第3章激光器的输出特性 ;yt6Yp.6e SU ~a()" 3.1光学谐振腔的衍射理论 LBK{-( % 0
jth}\9 3.1.1数学预备知识 j HHWq>=d )Fv.eIBY 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 elCYH9W^ Z ;.-UXat 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 /e '3\,2_ ?J\&yJ_B 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 V^2_]VFj n(F!t,S1i 3.2对称共焦腔内外的光场分布 FbE/x$;~O m;OvOc, 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 d+JK")$9C 2!/Kt
O)i^ 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 N6y9'LGG` E Jk HPn 3.3高斯光束的传播特性 w X "hUu Ht
Fr(g\"$ 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ~$ HB}/ X1|
+9 3.3.2高斯光束的相位分布 EU?qL j': 2a$. S " ? 3.3.3高斯光束的远场发散角 EjR(Aq ZY Nn. 9J 3.3.4高斯光束的高亮度 `> : 5[Y A>@#eyB 3.4稳定球面腔的光束传播特性 OM\J4"YV$ t}q
e_c 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 ;28d 7e} @k? vbq 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 Xsq@E#@S ob.<j 3.5其他几种常用的激光光束 ?Z#N 9Z~\ Y
[ `+7w 3.5.1厄米-高斯光束 /Y7^!3uM /s\ m V 3.5.2拉盖尔-高斯光束 +K 4XMf bwsKdh 3.5.3贝塞尔光束 hw
DxGiU O*xx63%jR 3.6激光器的输出功率 <|Td0|x
_q pi"H?EHk 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 zKQ<Zr !vSI"$xd 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 ;,4*uU'vq 7d: ]o> 3.7激光器的线宽极限 :5t4KcQ nQF& ^1n 3.8激光光束质量的品质因子M2 9z7_D_yN2 jRK}H*u em 3.9模式激光的某些一阶统计性质 E'AR.! *QC6zJ 3.9.1单模激光的一阶统计性质 #"gt&t9Q ewMVUq*: 3.9.2多模激光的一阶统计性质 *[Hp &6f n1-p/a. 思考练习题3 _Id'56N]J! BhJ>G% 第4章激光的基本技术 E)v~kC}7. voa)V 1A/] 4.1激光器输出的选模
0,Ds1y^ -^@FZ R^Y 4.1.1激光单纵模的选取 !dqC6 a Wg-m Ju( 4.1.2激光单横模的选取 }a]`"_i;[ VE\L&d2S 4.2激光器的稳频 %_!/4^smE "#d$$ 8 4.2.1影响频率稳定的因素 >^Nnhnr LRJX>+@ 4.2.2稳频方法概述 L!Jx`zM ^ pzF_g- B 4.2.3兰姆凹陷法稳频 (}A$4? f1'ByV'2 4.2.4饱和吸收法稳频 !sT >]e < 5zR-UA > 4.3激光束的变换 eR! # 1ar GBz? $]6 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 i$Y#7^l%k M
K yj<@[ 4.3.2高斯光束的聚焦 !wYN",R- )."ob =m 4.3.3高斯光束的准直 iJ>=!Q i q;\}, 4.3.4激光的扩束 9{pT)(Wnb N8 sT? 4.4激光调制技术 {v"f){ %['NPs%B 4.4.1激光调制的基本概念 a"( Ws]K 1g;2e##) 4.4.2电光强度调制 Wv4$Lgr 0#|Jhmv-zL 4.4.3电光相位调制 "aGmv9 \ S>lP?2J 4.5激光偏转技术 z ~H1f$} w-).HPe 4.5.1机械偏转 @&*TGU OTy!Q,0$. 4.5.2电光偏转 [}L?EM 4M C]s~n 4.5.3声光偏转
S'x ]c# W{NWF[l8O? 4.6激光调Q技术 XDK Me } ekx(i
QA 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q <@J$hs9s g ~<[;6& { 4.6.2调Q原理 U]Q 5};FK i4YskhT 4.6.3电光调Q ra~=i|s uQdeKp4( 4.6.4声光调Q AD p\zqZ=s 4.6.5染料调Q c& ;" Y{ )CXlPbhY? 4.7激光锁模技术 ".jO2GO^ /K H85/ s 4.7.1锁模原理 lBP?7`U w w|fqx? 4.7.2主动锁模 p5]W2i., dV$[O`F* b 4.7.3被动锁模 *)[fGxz
\ 3]S*p ErY 思考练习题4 EWJB /iED DN^+"_:TB 第5章典型激光器介绍 &>-'|(m+2 GW
{tZaB 5.1固体激光器 /l `zZ> #X] *kxQ< 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
]Z b9F[ u?>},M/ 5.1.2固体激光器的泵浦系统 } W]A`-Jv w&@tP^` 5.1.3固体激光器的输出特性 ,DEq"VW_ 0d[O/Q` 5.1.4新型固体激光器 LR&Mh G7 :r{-:
5.2气体激光器 Ry[7PLn] |X{j^JP 5 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 U*nB=
= )d [n- Si 5.2.2二氧化碳激光器 Jk{SlH3' )pI( < 5.2.3Ar＋离子激光器 @
2hGkJ- QXj #Brp 5.3染料激光器 (bm>
)U= o2|#_tGNUy 5.3.1染料激光器的激发机理 WG ,Il/ C32*RNG?U 5.3.2染料激光器的泵浦 $\/i t uou
"s9 5.3.3染料激光器的调谐 z*HM_u
@Mg& T$ 5.4半导体激光器 ~_ BjcY *~U*:>hS 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 *v#V%_ o *X3wf`C? 5.4.2PN结和粒子数反转 /y1+aTiJ b\^DQZmth 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 N/>:})dav ]9_tto!/ 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 v$ \<L | S /Ic= 5.5其他激光器 E$_zBD% yIiVhI?X 5.5.1准分子激光器 !4v>|t q! I_#5gq 5.5.2自由电子激光器 %i7U+v(d Y'1
KH}sH 5.5.3化学激光器 @| h9jx| G9&2s%lu.e 思考练习题5 UvMkL { $t*XTY6R 第6章激光在精密测量中的应用 BN(=LQ2[" {zd[8TJ~xa 6.1激光干涉测长 ,e|"p[z ~T = LY`K# 6.1.1干涉测长的基本原理 o]V.6Ge- {1=|H$wKg 6.1.2激光干涉测长系统的组成 z - 3.%P2g $+2QbEk &- 6.1.3激光外差干涉测长技术 v? 8i;[ ?@in($67 6.1.4激光干涉测长应用举例 {nM1$ .dYv.[?hL 6.2激光衍射测量 {a \! 1~ y k!K 5 6.2.1激光衍射测量原理 G8' {nPA~ Zs|Ga, T 6.2.2激光衍射测量的方法 Rkg)yme!N @}PXBU 6.2.3激光衍射测量的应用 Fa `%MR1 \{Q_\ s&) 6.3激光测距 Y8%l)g `uLr^G=; 6.3.1激光脉冲测距 c ?<)!9: ;t9!< L 6.3.2激光相位测距 L[: A U e Q%~BD@Io 6.4激光准直及多自由度测量 L9^ M?.a #c' B2Jn 6.4.1激光准直仪 A *:| d~ "] 2^O 6.4.2激光衍射准直仪 |<3x`l-` NKEmY-f; 6.4.3激光多自由度测量 GL>YJ% ,%A|:T] 6.5激光多普勒测速 T)<^S(5 7 :!cK?H$+ 6.5.1运动微粒散射光的频率 &=S:I!9;; OpazWcMoo 6.5.2差频法测速 ab9ec Z `z q+Xl 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 ^B%ki gREk,4DAv 6.6环形激光测量角度和角加速度 YH+ (N bxwwYSS 6.6.1环形激光精密测角 K:XP;#OsP x R$T/] / 6.6.2光纤陀螺 [f { qb\ ~}{_/8'5 6.7激光环境计量 Vp1ct 06^ 7l/ZRz }1 6.8激光散射板干涉仪 ZX o;E "doiD=b 思考练习题6 0=U|7%dOL &R bP N^ 第7章激光加工技术 KkTE -$ - u^MRKLn 7.1激光热加工原理 7f
k)a P RUl-v 7.2激光表面改性技术 \}4*}Lr XUVj<U 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 $n W9VMa f|_\GVW 7.2.2激光表面熔凝技术 fwA8=o SZd 8oI|Z= 7.2.3激光熔覆技术 ;!VxmZ:j[ K/P w;{} 7.3激光去除材料技术 F7j/Zuj -
7T`/6 7.3.1激光打孔 k18v{)i~ A15Kj#Oy 7.3.2激光切割 8!.V`|@lt |cnps$fk~ 7.4激光焊接 ^>ir&$ __7}4mA 7.4.1激光热导焊 f@Jrbg sG_/E-%5' 7.4.2激光深熔焊 G!B:>P|\l k{vbi-^6rf 7.4.3激光复合焊 >`WfY(Lq ^ Lc\{,m 7.5激光快速成型技术 <FU?^* ~ gd7r9yV 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 +XO\#$o>W ))Z>$\<: 7.5.2激光快速成型技术 G{4s~Pco[Q 45wtl/^9 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 eC%Skw rOE:
ap|KL 7.6其他激光加工技术 u;t~
z JN9>nC!Zy_ 7.6.1激光清洗技术 &wY$G! P pZ \7!rON 7.6.2激光弯曲 vC@^B)5gb Xj{fM\,"9 思考练习题7 6i+,/v r a9p:k
]{ 第8章激光在医学中的应用 ToPjB vD ; >5` Y8s6 8.1激光与生物体的相互作用 7p]Izx8][ !dGu0wE
8.1.1生物体的 光学特性 *5k40?w 2YKa <?_ 8.1.2激光对生物体的作用 9`N5$;NzY dTK0lgkUE 8.1.3激光对生物体应用的优点 &*7KQd p$|7T31 * 8.2激光在临床治疗中的应用 m#8[")a$" >O24#!9XW 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 ]7K2S{/o{ 9-{=m+|b 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 <nqv)g"u0 w5%i 8.2.3激光在眼科中的应用 OrM1eP"I 7CuZ7!>$ 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 R^/SBrW ve :yD>Tn;1 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 D%yY&q;
u) <s*jk 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 RfTGTz@H 9! u iQ 8.2.7光动力学治疗 CKK}Z;~: ]nB|8k=J 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 jmk Ou5@ '-RacNY 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 RhHm[aN 7LVG0A2>7 8.3.2激光断层摄影 BXYH&2]Q HVHv,:bPo 8.3.3激光显微镜 (V jU ,'h _;;Zz&c 8.4医用激光设备 i}DS+~8v 9ET1Er{4 8.4.1医用激光 光源 ,oA<xP-* 'v V7@@ 8.4.2医用激光传播用 光纤 b@;Wh-{d W~ET/h 8.5激光应用于医学的未来 [MFnS",7c ,.W7Z ~z 8.5.1医用激光新技术 I 8
:e `L qtZ?
kJ 8.5.2光动力学治疗的前景 6qH0]7m aI n^T,R 思考练习题8 bu]"?bc H T Or 第9章激光在信息技术中的应用 qy3@>
1G pqfX} x 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 Ck
Nl;g l yk`qF'4] 9.1.1半导体激光器 ]oB~8d O9sEaVX 9.1.2光纤激光器 22CET9iCe ^'V :T Y 9.1.3光放大器 zOs}v{8" e(? w h 9.2激光全息三维显示 @m#OhERv +
t5SrO!` 9.2.1全息术的历史回顾 ~Ba=nn8Cq AzOs/q8O 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 V]p{j LG {p84fR1P 9.2.3白光再现的全息三维显示 XnQR(r)pR2 g F*AS(9 9.2.4计算全息图 g |>L T_ Ur(R[*2bx 9.2.5数字全息术 C 1k< P !5o j~H 9.2.6全息三维显示的优点 @x}"aJgl __g
k:a>oQ 9.2.7全息三维显示的应用 }uZs)UQ|$ RSp wU;o6z 9.2.8全息三维显示技术的展望 "B_3<RSL [k6I#v<& 9.3激光存储技术 nF,F#V8l Tnp
P ' 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 Qn!mS [l l_^SU8i57 9.3.2激光光盘存储 UZyg_G6 6c-/ D.M 9.3.3激光体全息光存储 ?*fY$93O `x[Is$ 9.3.4激光存储技术的新进展 &
o 5x ;Bs ~E 9.4激光扫描和激光打印机 >rCD5#DG fST.p|b7 9.4.1激光扫描 m4mE7Wn.3 ><<>4(eF p 9.4.2激光打印机 9n&
&`r r)*23 &Ojs 9.5量子光通信中的激光源 94"+l@K i2,4:M)CV 9.5.1量子光通信 cS;3,#$ vd%g'fTy9 9.5.2量子态发生器及应用 v>8C}d^ O3} JOv_ 思考练习题9 (pxH<k=Ah >'*%wf[{ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 PI9,*rOy vMT f^V 10.1激光核聚变 5=pE*E TJ xyp{_ MZ 10.1.1受控核聚变 sQJ\{'g o,6t: ?Z 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 n
i#jAwkN5 F]\
Sk' }& 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 1q6)R/P S,m( 10.2激光冷却 @ ^{`!>Vt ~g{j)"1 10.3激光操纵微粒 ;c!> = bA^uz E 10.3.1光捕获 a:BW*Hy{\ Z`Y&cK sn 10.3.2微粒操纵 A)f-r d:%b 10.4超越经典衍射极限的分辨率 2n<Mu Q] yw^Pok5. 10.4.1解析延拓 $n\ P w J(7#yg%5 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 `i.BB jx` [wGj?M} 10.4.3傅里叶叠层算法 J @Hg7Faz GX>8B:]o| 10.4.4相干谱复用 Q5,zs_j d?zSwLsl 10.4.5非相干结构光 照明成像 Coi[cfg0 {L-^J`> G 10.4.6超分辨荧光显微镜 O^L]2BVC 1 G>Ud6(3< 10.5激光光谱学 1d5%(:@ Sdu\4;( 10.5.1拉曼光谱 8y
LcTA$T ^O07GYF 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 _Mw3>GNl )w7vE\n3 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 q$:1Xkl TM)INo^ 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 AO-5>r F s/CW\ 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 ? i{?Q, W A/dt2D| 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 Hjm> I'9 AdDX_\V,* 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 \+
se%O %*D=ni#(sT 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 `16'qc ]
K$YtM^ 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 )lG}B U. P5Xp #pa 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 \|PiQy*_? 2j s/>L0 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 I9X \@ lTf <V ? 2;Gy 思考练习题10 *:%&z?<Fw S\GWMB!oF 附录A随机变量 m{IlRf' R{g=
N%O A.1概率的定义和随机变量 zL"e . 4.O) /0sU A.2分布函数和密度函数 R@c] )\^] 25X|N=} A.3推广到两个或多个联合随机变量 )D8op;Fn 1Lb)S@Q`*R A.4统计平均 g}_2T\$k _Ewh:IM- 附录B随机过程 j7}mh ;4 ;gaf B.1随机过程的定义和描述 *AH `o b} ?C|'GkT B.2平稳性和遍历性 '2^}d e!E lNX*s
E
. 参考文献 #}7T$Va $kUB%\`  }&0LoW/ )tlj{ 7p （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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