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。 WG n1pW lHXH03 4|thDb)] | <$O5b' 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 &aOOG8l &jcr7{cD 1.1光的波粒二象性 Y8T.RS0 #>'0C6Xn
1.1.1光波 i/Z5/(zF uzD{ewR/.y 1.1.2光子 7Cjrh "al" |/$#G0X; H 1.2原子的能级和辐射跃迁 7;{F"/A jF8l d5|_| 1.2.1原子能级和简并度 ImVe 71mh [R $4n-$ 1.2.2原子状态的标记 5KzU&!Zh9 ovp>"VuC 1.2.3玻尔兹曼分布 F(r &:3!97 Pmb`05\ 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 teb(\% , pppbn]%Ob 1.3光的受激辐射 o~B=[ /~:ztv\$M" 1.3.1黑体热辐射 c 9@* :&MiO3#+ 1.3.2光和物质的作用 _U %B1s3y !O*n6}nPE 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Cpl)byb s0CRrMk 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 \JchcQ ~7v ^7;tT 1.4光谱线增宽 "$_ypgRrSR w&H 7S{ 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 9]iDNa/ D tq[C"| dH 1.4.2自然增宽 0S k{P>A O?_'6T 1.4.3碰撞增宽 [}D) 73h` bc -"If Z& 1.4.4多普勒增宽 u|E,Wy1 EifY K 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 %{Gqhb=u\ ^*W3{eyi(L 1.4.6综合增宽 Vufw:}i+^ !?96P|G 1.5激光形成的条件 8eNGPuo L) Kmtr.]Nj 1.5.1介质中光的受激辐射放大 =g ]C9'I3 B( ~D*H2T[ 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 I`|>'$E[ r .*,ZcO 思考练习题1 r *Mm5QozA T!n<ya! 第2章激光器的工作原理 I('l )^m% Oe?nX> 2.1光学谐振腔结构与稳定性 fN9hBC@ <]< 50 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 p P .
-v:Y\=[\ 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 x/ez=yd*l mEA w^ 2.1.3稳定图的应用 W $y?~2 S"dQ@r9 2.2速率方程组与粒子数反转 5v]xk?Eb +CACs7tV 2.2.1三能级系统和四能级系统 JO$0Z D^pAf/ek@i 2.2.2速率方程组 8w\ &QX 0Bll6Rd 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 wz ,woF| ~DSle 3 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 =<<\ Uo o , d:{tt 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 QRRZMdEGs[ ka (xU#; 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 >+1bTt/-F vO\CPb
%/ 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 f ~53:;L/ KS% ,N _F< 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 Uc/%4Gx |i| O9^*% 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 __a9}m4i7x @? t) UE 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 =[P || Q5Wb ) 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 G#csN &|, ;;2s{{(R 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 Aoj X)_"z A;% fAI2Vr 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 2JbCYCTC 6pH.sX$!_ 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 (h
E^<jNR 8r~4iVwg 2.5激光器的损耗与阈值条件 U+\\#5$ J~~WV<6 2.5.1激光器的损耗 a{y ;Ub lwV#j}G 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 \E n ^Vf |'Jz(dv[ 2.5.3阈值条件 z 6p.{M (u~@@d" 2.5.4对介质能级选取的讨论 FN G] Z/%>/ 思考练习题2 &n['#7 <(! QqRL>.)W 第3章激光器的输出特性 0(]C$*~mk ?(E$| A 3.1光学谐振腔的衍射理论 Nkc=@l { u-8,9 3.1.1数学预备知识 Z5v\[i@H! sVGyHA 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 ]@_*O$ xgfK0-T|[ 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 59GS: hivWQ$6% 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 -2f_e3jF mzDbw-# 3.2对称共焦腔内外的光场分布 orJN# 0v4 E-CZk_K9 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 >]FRHJo_ li (g?|AD 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 U4Il1|
M& Zhf+u
r 3.3高斯光束的传播特性 ^`ny]3JA yj-BLR5 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 m#ID%[hg$ :G K]"sNC 3.3.2高斯光束的相位分布 Gq?JMq# (V#5Cs,o: 3.3.3高斯光束的远场发散角 ?m0|>[j FK<1SOE 3.3.4高斯光束的高亮度 \Gg6&:Ua Ubv<3syR' 3.4稳定球面腔的光束传播特性 n {aD4& Tw 8$6KUW 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 Ns Pt1_ Y8 2 {(_{9<>z 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 # R}sGT O,u$L 3.5其他几种常用的激光光束 rjz$~(&m6 icH\( 3.5.1厄米-高斯光束 F@UbUm2o M]
7# 3.5.2拉盖尔-高斯光束 G?*)0`~W ,:;ZzHzR0 3.5.3贝塞尔光束 az/NZlJhT $cflF@ 3 3.6激光器的输出功率 0.!_k )tu z&C z!HrS 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 P 9 c! ' >4 H#tu 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 o !bV;] ;<hLy(@ 3.7激光器的线宽极限 J#ujI e U4M}E h8 3.8激光光束质量的品质因子M2 HHzA mHt `)?N7g[ \u 3.9模式激光的某些一阶统计性质 it77x3Mm
F
>cw%ckE 3.9.1单模激光的一阶统计性质 [_P ZdIN Ht pZ5 3.9.2多模激光的一阶统计性质 wwUa+6? Q #IlUo 思考练习题3 #g=7fu{n: VUmf;~ 第4章激光的基本技术 {9B"'65o &PZ&'N|P 4.1激光器输出的选模 6
);8z!+ iC2``[m" 4.1.1激光单纵模的选取 4 ))Z Bq? eI%9.Cx#I 4.1.2激光单横模的选取 ?sD4S 2fN2!OT 4.2激光器的稳频 \:y oS>G %>Q[j`9y 4.2.1影响频率稳定的因素 \w#)uYK{i_ XC vL` 4.2.2稳频方法概述 v9*31Jx ?*LVn~y 4.2.3兰姆凹陷法稳频 lV".-:u_ =hY 9lxW 4.2.4饱和吸收法稳频 #K&XY6cTj ' 9u(9S 4.3激光束的变换 0#Ae< 4g+Dp&U 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 FdGnNDl*e )5Wt(p:T6_ 4.3.2高斯光束的聚焦 hg7^#f95u T_)G 5a 4.3.3高斯光束的准直 ghGpi U$ ?xW,2S 4.3.4激光的扩束 9x`1VR
: tJ $gH; 4.4激光调制技术 %\^VxM q?y-s 4.4.1激光调制的基本概念 ;"B@QPX swKqsN . 4.4.2电光强度调制 mR O@ZY;5 ;vG%[f`K 4.4.3电光相位调制 70 -nAv 'D'H)J 4.5激光偏转技术 :lW8f~! O\F$~YQ 4.5.1机械偏转 u.ej<Lo /Bq4! n+ 4.5.2电光偏转 AZ>F+@ d % 0Ibi 4.5.3声光偏转 # Rhtaq9 K2{6{X= 4.6激光调Q技术 ~^bf1W[ p~WX\; 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q !?)aZ |r i^@hn>s$ 4.6.2调Q原理 *b7evU *1 m<sCRWa- 4.6.3电光调Q } _=h]|6t ra;: 4.6.4声光调Q <!=:{&d% $MqEM~^= 4.6.5染料调Q os n ,kD* wEZi eHw 4.7激光锁模技术 0Y Z66VN! J@A^k1B 4.7.1锁模原理 "[ieOFI ^+w1:C 5 4.7.2主动锁模 (3WK2IM^ vddl9"V) 4.7.3被动锁模 .=N ?;i :} -VLp4b 思考练习题4 &o]fBdn QtA@ p 第5章典型激光器介绍 ?)g [Xc;K RR2M+vQ 5.1固体激光器 ? $MO! [9d\WPLC 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 YpgO]\ /w j-d542" 5.1.2固体激光器的泵浦系统 e=+q*]> _\<TjGtG 5.1.3固体激光器的输出特性 c*r@QmB: 1{Ik.O) 5.1.4新型固体激光器 Tol V3 9"?;H%. 5.2气体激光器 >>c%I c Pv|sPIIB7 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 JkI|Ojmm/ `# :(F z 5.2.2二氧化碳激光器 Wr@q+Whq 0v#p4@Z 5.2.3Ar＋离子激光器 5S[:;o ;{Yr| 5.3染料激光器 -Un"z6* OepQ Z|2 5.3.1染料激光器的激发机理 n\< uT1n 'Z|Czd8E 5.3.2染料激光器的泵浦 tkmzOc H =3nA5'UZ 5.3.3染料激光器的调谐 y Ni3@f XT \2 5.4半导体激光器 ?w&?P}e + >3,}^`l 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 : )y3 & I P' <j<h6 5.4.2PN结和粒子数反转 _0y]U];ce Uu|2!}^T 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 )LsUO#%DO |n;5D,r0C 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 lt yhYPS K+d{R=s^ 5.5其他激光器 `4e| I.`^r 2*V]jO 5.5.1准分子激光器 sX ]g L oN)I3wO$ 5.5.2自由电子激光器 ;I6C`N E2tUL# 5.5.3化学激光器 s `pdy$ i6S["\h> 思考练习题5 N!Xn)J 2&=CC4<!d 第6章激光在精密测量中的应用 q,OCA\ I+`>e*:@W 6.1激光干涉测长 a|DCpU} 5=fS^]- F 6.1.1干涉测长的基本原理 p&\DG eep/96G
? 6.1.2激光干涉测长系统的组成 JEK _W<BD JE# H&]
6.1.3激光外差干涉测长技术 NZ lCn:" V bNN1'a- 6.1.4激光干涉测长应用举例 "Xl"H /3r 1@}<CWE9 6.2激光衍射测量 ;2[O I 1r5Z$3t\ 6.2.1激光衍射测量原理 (!?%"e wKoar 6.2.2激光衍射测量的方法 O]?\<&y X5-[v(/] 6.2.3激光衍射测量的应用 ] .Ra=^q t3*.Bm:^ 6.3激光测距 p@h<u!rL8 99%R/m 6.3.1激光脉冲测距 NBAOVYK
C+_UI x]A 6.3.2激光相位测距 ? m9=Me -=n!k^?lK 6.4激光准直及多自由度测量 +Y2D @K?) > "z`))9 6.4.1激光准直仪 ?T,a(m<i { |+Z-' k~Q 6.4.2激光衍射准直仪 ~S<}q6H. O&#>i]*V 6.4.3激光多自由度测量 W"\+jHF" muDOY~. 6.5激光多普勒测速 |QQ(1#d NC YOY 6.5.1运动微粒散射光的频率 k^#*x2b
Y=H_U$ 6.5.2差频法测速 gc
b8eB , E_P,>f 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 Hq&MePl[ 9|NF)~Q}' 6.6环形激光测量角度和角加速度 32pPeYxB!- , #9i=g p 6.6.1环形激光精密测角 MlLM
$Y-@ Dc 84^>l 6.6.2光纤陀螺 twt's, dO y'<5P~W!a 6.7激光环境计量 FTzc,6 K ;`W4:, 6.8激光散射板干涉仪 2_Zn?#G8dl QHsJo|. 思考练习题6 Zeq^dV5y77 %WqUZ+yy 第7章激光加工技术 Fr<tk^~/ Mp^G7JY, 7.1激光热加工原理 Ci[Ja#p7$h HIvSh6|0p 7.2激光表面改性技术 e:.D^G Fi
*ozXilO 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 mZ0_^ aU#r`D@0 7.2.2激光表面熔凝技术
CUft @Hr1.f 7.2.3激光熔覆技术 g3 !<A*< umpa!q}; 7.3激光去除材料技术 /N ")uuv \ _)mWK,h 7.3.1激光打孔 @lqI,Ce5 H1
i+j;RN 7.3.2激光切割 ^e80S^ *8/cd0 7.4激光焊接 <d[GGkY]= K]^Jl0 7.4.1激光热导焊 II\}84U2
. :>jzL8 7.4.2激光深熔焊 P`
Gb }]rW $_|jI
^ 7.4.3激光复合焊 `:dG PB BO bkm: #K 7.5激光快速成型技术 |T*t3} MB6lKLy6~ 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 v5FfxDvw UY)Iu|~0b 7.5.2激光快速成型技术 J6nH|s8 m$g{& 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 ^~3{n \Awqr:A& 7.6其他激光加工技术 u~Y+YzCxV bV*q~ @xh 7.6.1激光清洗技术 mE9ytFH\k 5X^`qUSv 7.6.2激光弯曲 D e$K 2W/*1K} 思考练习题7 JK'tdvs~ &hWYw+yH\ 第8章激光在医学中的应用 ;F/s!bupCM . |y{1? f_ 8.1激光与生物体的相互作用 &
5'cN <}%gZ:Z6g 8.1.1生物体的 光学特性 cd g &) zB6&),[,v 8.1.2激光对生物体的作用 ^>s{o5H& :x!'Eer
n 8.1.3激光对生物体应用的优点 K48 QkZ_gY fh&Q(:ZU 8.2激光在临床治疗中的应用 A*W/Q<~I f=>ii v 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 't475?bY zH
*7!)8 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 Pj7MR/AH 0}\8,U 8.2.3激光在眼科中的应用 )+a]M1j FuP~_ E~ 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 eM^Y @nM+*0
$d 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 v2 >Dn=V )2b bG4:N 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 ?'OL2 ~ +4k4z :< n 8.2.7光动力学治疗 Fz] !2rt
zzX9Q: 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 } vW3<|z c`#4}$ 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Y_nlIcu eS2VLVxu 8.3.2激光断层摄影 nyPW6VQ0n Hnbd<?y
8.3.3激光显微镜 Kxsj_^&|i `^DP<&{ 8.4医用激光设备 QaAMiC ZFR ?xo<Fv 8.4.1医用激光 光源 l
i2/"~l p5bM/{DP;K 8.4.2医用激光传播用 光纤 :LD+B1$y w6[$vib' 8.5激光应用于医学的未来 R)9FXz$). K(}<L-cv 8.5.1医用激光新技术 /O $)m[ dkO ERVRe 8.5.2光动力学治疗的前景 7 '7a`-W ''CowI 思考练习题8 cqb]LC pEiq;2{~Yn 第9章激光在信息技术中的应用 -V}ZbXJD ,jMV
# H[
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 &0J/V>k P)hawH= 9.1.1半导体激光器 Jl89 }Sf lziC.Dpa 9.1.2光纤激光器 i$4lBy_2 s9Bd mD^|# 9.1.3光放大器 *q(HW 2 $oGy 9.2激光全息三维显示 ^4>Icz^ F W7
9.,# 9.2.1全息术的历史回顾 t($z+ C< z0 _/JwJn 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 v5`Odbc=w K#plSD^f= 9.2.3白光再现的全息三维显示 K?mly $ 8 hvh
xp 9.2.4计算全息图 OY(znVHU :,=Z)e 9.2.5数字全息术 7R".$ p ,
-S n 9.2.6全息三维显示的优点 D{s4 Bo- 2 )>Ty4* 9.2.7全息三维显示的应用 `jCq`- . | b)N;t 9.2.8全息三维显示技术的展望 c#(&\g 2H n 0ls a@l 9.3激光存储技术 =v/x&,Uj@6 " qrL:, 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 k i|w?0s "_/5{Nc$ 9.3.2激光光盘存储 zGE{Z A MYeG r3V3 9.3.3激光体全息光存储 |)u|@\{ lpeo^Y}N 9.3.4激光存储技术的新进展 %q,^A+= @7<m.?A! 9.4激光扫描和激光打印机 ` G.:G/b%H f= l*+QY8f 9.4.1激光扫描 U HUO9h ,=p.Cx'PR 9.4.2激光打印机 -qRO}EF (3Z~EIZz 9.5量子光通信中的激光源 f*~z| BXo9s~ 5Q 9.5.1量子光通信 d@t3C8 gb/M@ 6/j 9.5.2量子态发生器及应用 Mt` XHXTp Gu9x4p 思考练习题9 N\ dr_ E.~~.2
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 %uLyL4*L(p R|H_F#eVn} 10.1激光核聚变 [u 2)kH$ "t" &6\ 10.1.1受控核聚变 }\/f~ ?tEh EaGS}=qY5 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 Gk5SG_o bwA L: 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 iP~dH/B|v wY j~ (P" 10.2激光冷却 ' ! ls"qo C VFsp>+ 10.3激光操纵微粒 g8_IZ(%: "A?_) =zZ 10.3.1光捕获 >zDnJb&"& vXM``| 10.3.2微粒操纵 (&u)F B* +(<}`!9M* 10.4超越经典衍射极限的分辨率 oxPb; % s~6ir f/ 10.4.1解析延拓 'u2Qq"d+ bz?
*#S 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 \; A\ vQ[ BO p&s>hI 10.4.3傅里叶叠层算法 OAQ'/{~7 E q va]
4 10.4.4相干谱复用 jTx,5s- TGz5t$]I 10.4.5非相干结构光 照明成像 {9 Op{bZ []M+(8Z_P 10.4.6超分辨荧光显微镜 N7xkkAS{ ^MWfFpJV!] 10.5激光光谱学 7>m#Y'ppl@ xf@D<}~1 10.5.1拉曼光谱 z
{J1pH_X "zO+!h'o 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 y|X\ f! A4?_ 0:< 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 ~ >)GW F#^ .L|d4 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 LV 94i mYk5f _} 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 3;`93TO{ `#X{ . 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 pz ^"~0o5 EQ>bwEG 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 % ;PPu$8K9 0nz
k?i P 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 B%9[ [M2,bc8SJV 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=I(AYG{m qhpq\[U6in 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 9bXU! l[ nx,67u/Pb 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 f K^FD&sF ][bz5aV 思考练习题10 1)NX;CN @Cm"lv.hz 附录A随机变量 #
dxlU/* &^9>h/-XT A.1概率的定义和随机变量 s$:] $&5 sa+ :c{ A.2分布函数和密度函数 ( L RX !HDk ] A.3推广到两个或多个联合随机变量 =W ! m` A Sy7 ")5 A.4统计平均 fC%;|V'Nd m$hSL4 N 附录B随机过程 M7,|+W/RK %_SE$>v^ B.1随机过程的定义和描述 r:Cad0xj;^ xY t{= B.2平稳性和遍历性 wQnr*kyza nhXa&Nro 参考文献 4b3p,$BWS dt3Vy*zL  Punbw\9!d, .FHOOw1r= （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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