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。 M7Cq)cT ^TVy :5Ag K_ Y0 ;!W /XEcA 5C< 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 W>K2d
Cq
!VMl>hP 1.1光的波粒二象性 6| X $ n(?oyf 1.1.1光波 YUfuS3sX} j^llO1i/ 1.1.2光子 cInzwdh7 bd_U%0)pi1 1.2原子的能级和辐射跃迁 !O@qqg(> !lm^(SSv 1.2.1原子能级和简并度 g v&xC 6> D2E~ c? V 1.2.2原子状态的标记 1& YcCN\k ;EW]R9HCH 1.2.3玻尔兹曼分布 _MR |(mV R)WvU4+U 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 @bmu4!"d 9x ?" %b 1.3光的受激辐射 $ n`<,;^l kMo;<Z 1.3.1黑体热辐射 ^> .?k h9z szF[LRb 1.3.2光和物质的作用 @Q !f^ $EN A$ 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 k
<A>J-| ?:s `}b 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
0
!E* > mdypZ 1f_ 1.4光谱线增宽 VHM ,W]
A{: a kK 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 {K*l ,U #PVgx9T=_ 1.4.2自然增宽 - 86 9$ 09_3`K. * 1.4.3碰撞增宽 |D$U{5}Mv 8n?P'iM 1.4.4多普勒增宽 n/p M[gI 9 :!n'mn 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 t .j q]L ~uq J@#o{ 1.4.6综合增宽 W6K]jIQ Rr^<Q:#"<| 1.5激光形成的条件
M)Y u^ wS%I. 1.5.1介质中光的受激辐射放大 x(h UQu 6 -F4CHpua 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 ?%JH4I2 s_.q/D@vu 思考练习题1 r*>XkM& M RB\>$D 第2章激光器的工作原理 Al$"k[-Uin KB&t31aq 2.1光学谐振腔结构与稳定性 xaoaZ3Ko _q) `Y:2 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 y
8];MTl )cUc}Avg} 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 Z2PLm0%: bRLmJt98P 2.1.3稳定图的应用 R{8nR0 0|1 Zr;.` (> 2.2速率方程组与粒子数反转 GJy><'J,!> 9gn_\!Mp 2.2.1三能级系统和四能级系统 lk}R#n$ ^gw_ Up<e6 2.2.2速率方程组 $$A{|4,aI z/F(z*'v 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 (v z)GrH> [@rZ.Hsl 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 *B) >5r @-qxN w 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 >>(2ZJ w/ d9S(
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 y HCQY4/ T d4 /3k 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 lh7{2WQ {h&*H[Z z 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 }&y>g0$@ nvu |V3B0 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 n6 O1 \}YB =(Mv@eA" 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 b\U Q6 V ~ b3xn T 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 .Ky<9h.K J0d +q! 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 ?lR)Hi +z>*m`}F 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 |ng[s6uf EK@yzJ % 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 z\_q`43U7 KT{ <iz_ 2.5激光器的损耗与阈值条件 {8@?9Z9R{ Tx/ 2.5.1激光器的损耗 ]=WJ%p1l 3hO` GM 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 ]pB0b JAt .DHZs#R 2.5.3阈值条件 9s73mu`Twg X [j4V<4O 2.5.4对介质能级选取的讨论 e1~C> Yah3I@xGy 思考练习题2 Y'Wj7P 1^!= J<`K; 第3章激光器的输出特性 *vJ1~SRV iBN,YPo~ 3.1光学谐振腔的衍射理论 mRj-$:}L `USR]T_` 3.1.1数学预备知识 Z:O24{ro5 P:( ,l,}F8 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 /y@$|DI1 U+@yx>! 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 Mr2dhSQ ! e>nRJH8pK 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 mC>7l7% > p\IC 3.2对称共焦腔内外的光场分布 >5/dmHPc r.-NfK4 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 CyzvQfpZ r [%P_
Y/ 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 D*vrQ9&#
8 {(D$ Xb 3.3高斯光束的传播特性 Vfg144FG' Y&Pi`E9= 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 )uwpeq$j7l YOGw Q 3.3.2高斯光束的相位分布 (m t,:hX iP|h] ;a+@ 3.3.3高斯光束的远场发散角 K JPB- J:#B,2F+^ 3.3.4高斯光束的高亮度 %
eW>IN]5 <G 2;nvRr 3.4稳定球面腔的光束传播特性 vq( @B 0RtqqNFD 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 !fzqpl\ze e W\7X%I 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 wF?THkdFo B
wtD!de$ 3.5其他几种常用的激光光束 u;!CQ w/ IH}?CZ@ {? 3.5.1厄米-高斯光束 )w;XicT N=tyaS(YJ 3.5.2拉盖尔-高斯光束 ,GVHwTZ0` JaG<.ki 3.5.3贝塞尔光束 TeHL=\L-^ S@N&W&W#~ 3.6激光器的输出功率 )3h=V^rm 1ReO.Dd`R 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 a ina6@S sKn>K/4JZ 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 p*#SSR9< ,6i67!lb 3.7激光器的线宽极限 ` 5[VO pR`.8MMc8 3.8激光光束质量的品质因子M2 r^WO$u|@i 9zi/z_G 3.9模式激光的某些一阶统计性质 r'{pT gm# y'2K7\>E 3.9.1单模激光的一阶统计性质 1swh7 P0'
; 65 3.9.2多模激光的一阶统计性质 ]~3wq[ O 5T8X2fS: 思考练习题3 @_1$
<8 ;\4}Hcg 第4章激光的基本技术 CM9+h;Zm LeQ2,/7l: 4.1激光器输出的选模 c)iQ3_&= 7lR(6ka&/ 4.1.1激光单纵模的选取 V aVKWJg$ X*$ 7g; 4.1.2激光单横模的选取 *7BY$ q KW+ ^9&lA 4.2激光器的稳频 `!!A;G7Qg =Q3Go8b4HJ 4.2.1影响频率稳定的因素 cCyg&% zsT 0<!kGL5 4.2.2稳频方法概述 gq Z7Pro. FE/&<g0,: 4.2.3兰姆凹陷法稳频 F[RhuNa&'W 5A ~w_p*} 4.2.4饱和吸收法稳频 vQ u) uml 7D 9R^\K 4.3激光束的变换 GlQ=M ) E 5XFhjVmEL 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 J
+<|8D Lm ,io \z 4.3.2高斯光束的聚焦 F3';oyy -aK k#fd 4.3.3高斯光束的准直 >4LX!^V" 8 Q#&=]W$ 4.3.4激光的扩束 PM%./ >tib21* 4.4激光调制技术 +n2x@ 0op ,1^)JshZ~ 4.4.1激光调制的基本概念 WYEvW<Hv <XCH {Te1 4.4.2电光强度调制 Y <a/(` FC qs' 4.4.3电光相位调制 +1h^9 Y' rrbCg( 4.5激光偏转技术 s_D7?o <KHB/7 4.5.1机械偏转 6 u8`,& U I0Wn?Qq=@ 4.5.2电光偏转 ~X`vRSrH .Ddl.9p5 4.5.3声光偏转 Gp32\^H|< ',juZ[]_ { 4.6激光调Q技术 pxDZ}4mOh r'xa' 6& 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q [}P|OCW k E6\G}zj 4.6.2调Q原理 BtU,1`El5 - VR u^l# 4.6.3电光调Q
JhB {aW> R8":1 #& 4.6.4声光调Q Z!LzyCVl Pw$'TE} 4.6.5染料调Q `DWz p5Ax .JQR5R |Q 4.7激光锁模技术 MzJ5_} CZwZ#WV6 4.7.1锁模原理 %,6@Uu#%6 w5qhKu!1 4.7.2主动锁模 u@==Ut ]Ms~;MXlx5 4.7.3被动锁模 e^Jy -?E /SN.M6~ 思考练习题4 r"5]U`+ w
:^b3@gd 第5章典型激光器介绍 QI`Z[caF 6
D !,vu 5.1固体激光器 ,:=E+sS
(">! vz 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 y}#bCRy~.A nwO;> Qr 5.1.2固体激光器的泵浦系统 f$(w>B7.. G=~T)e 5.1.3固体激光器的输出特性 ;'= !Fv (CuaBHR
5.1.4新型固体激光器 6pr} A {d^&$~ 5.2气体激光器 9D8el}uHf p?Yovckm 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 XPWK"t0 1 tw*qlb FHv 5.2.2二氧化碳激光器 0 w @~ynW[ kw=+"U 5.2.3Ar＋离子激光器 YW /YeID u\=Nu4)Z
F 5.3染料激光器 $7|0{Dw }\l5|Ft[! 5.3.1染料激光器的激发机理 N'2u`br4KP 8a -[Q 5.3.2染料激光器的泵浦 ,`-6 !|: /*D]4AK 5.3.3染料激光器的调谐 8?I(wn o
@&#*3<_e 5.4半导体激光器 E$8GXo00v VQqEsnkz 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 V 3I&0P k >@T ZYdl 5.4.2PN结和粒子数反转 #( X4M{I ,Sz*]X 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 c*1B*_ 08 v\\Z[,dK 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 + -8 uIqZ )( 75dUl 5.5其他激光器 o*r\&!NIw b.ow0WYe 5.5.1准分子激光器 Ce`{M&NSWX $ i~DUT( 5.5.2自由电子激光器 nC[L"%E|se PlBT
H 5.5.3化学激光器 <VgnrqF6:
WnHf)(J`" 思考练习题5 ^ 5"s3Qn u-j Gv| ,| 第6章激光在精密测量中的应用 Dc BTW+ SjG=H% 6.1激光干涉测长 tr/S*0$ h'kgL~+$ 6.1.1干涉测长的基本原理 vco:6Ab $ Fwho.R-. 6.1.2激光干涉测长系统的组成 B6=8cf"i C Q3; NY=o 6.1.3激光外差干涉测长技术 ]j_S2lt Hh54&YKZ 6.1.4激光干涉测长应用举例 Ybd){Je"z :5h&f 6.2激光衍射测量 G%rK{h D97oS!* 6.2.1激光衍射测量原理 j: ]/AReOL yuKfhg7 6.2.2激光衍射测量的方法 9e8@0?0 Isoqs(Oi 6.2.3激光衍射测量的应用 oOQ nV(I Mg f80r= 6.3激光测距 i"|'p/9@q 0W]Wu [k 6.3.1激光脉冲测距 p~=%CG^5 $K;4=zN>t: 6.3.2激光相位测距 f9OVylm c67O/ B( 6.4激光准直及多自由度测量 R2u[IVZW:- qj/ 66ak 6.4.1激光准直仪 ^HC!
my .;*0odxv 6.4.2激光衍射准直仪 yUNl)E 1N:eM/a 6.4.3激光多自由度测量 97$y,a{6 |{ *ce<ip5 6.5激光多普勒测速 Z@~8iAgE iM} cd$r{ 6.5.1运动微粒散射光的频率 80:na7$)# QE-t v00 6.5.2差频法测速 <lv:mqV )+\e+Ad}H 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 a)`h*P5@ I#$u(2.H 6.6环形激光测量角度和角加速度 5_=&U-? H _ Se>X= 6.6.1环形激光精密测角 xa!@$w=U& c;wt9J.f 6.6.2光纤陀螺 EY> %#0 %;n y 6.7激光环境计量 E/5w
H/ ?WU u@Z 6.8激光散射板干涉仪 ) c+ ZQq J*$ !^ \s 思考练习题6 >Q"eaJxE!l NhpGa@[D 第7章激光加工技术 Vf O0 z5& aD%")eP%& 7.1激光热加工原理 ! =|{ O P``g/x) 7.2激光表面改性技术 9) mJo( (QqKttL: 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 IjNE1b$ Av+R~&h 7.2.2激光表面熔凝技术 CUY2eQJ{U >f}rM20Vm 7.2.3激光熔覆技术 *3 .
] FDpNM\SR1l 7.3激光去除材料技术 y{"8VT) h9SS
o0]F 7.3.1激光打孔 MUVp8! *@ KA%tVBl 7.3.2激光切割 W}JJaZR*X >/evL
/ 7.4激光焊接 ow] n)Te s )_sLt8? 7.4.1激光热导焊 cl1 4FrpYu %o*afd 7.4.2激光深熔焊 MhJq~G p
]Alu~ Dw 7.4.3激光复合焊 )mp0k% Rp9uUJ 6o 7.5激光快速成型技术 \XmtSfFC H^'EY:| 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 /AW6XyMD _ va#~ \%` 7.5.2激光快速成型技术 4[rD| +O9l@X$l= 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 Mt-y{* 6!k _ mFb+8C 7.6其他激光加工技术 .6 h`Y t4-Y 7.6.1激光清洗技术 7|"11^q :'.-*Ew 7.6.2激光弯曲 hLJO\=0rJz evtn/ .kDR 思考练习题7 qH"0?<$9 4}#*M2wb 第8章激光在医学中的应用 #N,\c @Gy wBCnP 8.1激光与生物体的相互作用 lz l4pnj 4!iS"QH?;^ 8.1.1生物体的 光学特性 :n>:*e@w% *)u_m h 8.1.2激光对生物体的作用 hq\K SFP e`8z1r 8.1.3激光对生物体应用的优点 GTJ\APrH 0D 0 #*J 8.2激光在临床治疗中的应用 ;?%2dv2d PMkwY {.u 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 @AVx4,!>[ d|DIq T~{W 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 `4l>%S8y: /rJvw 8.2.3激光在眼科中的应用 -hhE`Y 9-p d {Z~l 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 QDxL y aL vad" N 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 t1IC0'o- l m-ubzJN 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 y $\K@B4 j:U>V7Kn3~ 8.2.7光动力学治疗 @yobT,DXi x7{,4js 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 eYR/kZ %< $m{\<A 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 0fNWI -YS n 3= 8.3.2激光断层摄影 6^|bKoN/ f ux{OgF fi 8.3.3激光显微镜 9YB~1 M c.jnPV f : 8.4医用激光设备 lywcT! < xZ4\.K\f] 8.4.1医用激光 光源 aU#8W.~ Ig$5Ui 8.4.2医用激光传播用 光纤 RTF{<,E.UX REFisH- 8.5激光应用于医学的未来 l 4~'CLi zA( 2+e 7 8.5.1医用激光新技术 V@cRJ3ZF V 9=y@`; 8.5.2光动力学治疗的前景 eb.`Q+Gb y "7TO# 思考练习题8 ^ _2Ki Mzxz- cE 第9章激光在信息技术中的应用 /R@(yT=t x1A^QIuxO 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 'fK_J}+P ]1D>3 9.1.1半导体激光器 6jF~zI^ ?nU V3#6{ 9.1.2光纤激光器 vs6`oW"{# Hjn Hl- 9.1.3光放大器 Gg,,q JO j: {<
9.2激光全息三维显示 wiwJD}3h' oc L 9.2.1全息术的历史回顾 V @d:n ~zYp(#0op 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ?A2EuvQH] a.w,@!7 9.2.3白光再现的全息三维显示 _)%4NjWKk %}$6#5"'; 9.2.4计算全息图 x bn+9b :q6hT<f; 9.2.5数字全息术 }8x [ EHo"y.ODg 9.2.6全息三维显示的优点 o"'VI4 sU+~#K$ b 9.2.7全息三维显示的应用 *OsXjL`f qZ8lU 9.2.8全息三维显示技术的展望 . dM 0 '@pa v>UPD 9.3激光存储技术 vLpE|QZ s ZO0_:T#Z 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 rEddX mv30xcc 9.3.2激光光盘存储 )NyGV!Zuu
QouTMS-b 9.3.3激光体全息光存储 ugMJ} IGq +cj NA2@ 9.3.4激光存储技术的新进展 CR,
Y%0vQ BB>7%~3f 9.4激光扫描和激光打印机 %J+ $p\c 3zh'5qQ 9.4.1激光扫描 )D qv&^ q8[Nr3. 9.4.2激光打印机 'n> |jw) ` qt 4~rD 9.5量子光通信中的激光源 B5tJ|3! oD"fRBS+$ 9.5.1量子光通信 Uhg[#TUK IP{Cj= 9.5.2量子态发生器及应用 R@"N{ [9 ;#f%vs>Y7i 思考练习题9 egP3q5~ jp[QA\ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 O`@$YXuD XP{ nf9& 10.1激光核聚变 z{ymVd0# ;q$<]X_S)} 10.1.1受控核聚变 MTLcLmdO :ye)%UU"|: 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 J ^t=.-a| YjdH7.js 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 `5q`ibyPI Dq-h`lh!D# 10.2激光冷却 &Kj q dp T-<^mX[} 10.3激光操纵微粒 }n:-nB4 - MBK/ 10.3.1光捕获
ym${4 G~m(&,:Mu 10.3.2微粒操纵 +m F}j=k rylllJz|L: 10.4超越经典衍射极限的分辨率 <( ^-o4Cl 5d L-v&W 10.4.1解析延拓 c4;
`3 "BzRL g!J 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 +x+H(of. BwL : B\ 10.4.3傅里叶叠层算法 A\SbuRty ZS}2(t 10.4.4相干谱复用 [{Y$]3?} *b7 v)d# 10.4.5非相干结构光 照明成像 [n< U>up Xf#;GYO|2 10.4.6超分辨荧光显微镜 > ,~JQ%1 1)
@Wcc. 10.5激光光谱学 hW|t~|j#_ (Ojg~P 4;& 10.5.1拉曼光谱 g[eI-J+F D/{- 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 g@1MIm c'! "M? (Ax 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 3w^q 0/ GD MJ7!f+!5
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 rc;| ,\ $jw!Dr E 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 }>h?W 1 hl# 9a? 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 Duz}e80 (jQL? 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 _`;6'}]s gbI0?G6XN/ 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 8`^I. tD 9O Tw6 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 )@Bt[mfrVD 4y
P
$l 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 KIuYWr7& *^NC5=A(d 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 S&R~* %n- LDn 思考练习题10 S:t7U % ^ S%4R' 附录A随机变量 /,B"H@ J vKI, |UD&- A.1概率的定义和随机变量 #b{ otc) nkG 6. A.2分布函数和密度函数 ^@tn+ '. }~A-ELe: A.3推广到两个或多个联合随机变量 xeu] X|, op "Cc A.4统计平均 l~uR ZLx 38 B\ \ 附录B随机过程 .[CXW 2k X?1 :Z|pJ B.1随机过程的定义和描述 lffw7T~ (j cLzq B.2平稳性和遍历性 B8;ZOLAU ~v<r\8`OI2 参考文献 ss-B e IG#=}q  H:0-.a^ZS ;jnnCXp> （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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