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。 xk *&zAt xMs!FMn[ /Bw
<?:
-k8<LR3 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 {)jTq? ? :*} -,{uX 1.1光的波粒二象性 L~+/LV v6M4KC2? 1.1.1光波 e~U]yg5X- \'Q rJ ?D 1.1.2光子 U
#C@ &2 i$5 <>\g 1.2原子的能级和辐射跃迁 xt&4]M
V tiGBjTPt 1.2.1原子能级和简并度 DYDeb i6 l+A)MJd oj 1.2.2原子状态的标记 U EjP` lz7?Z 1.2.3玻尔兹曼分布 TtQ'I}7q g7" 2}|qxo 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 YSh@+AN ![i)_XO 1.3光的受激辐射 {sfA$ d0 *\ (MG|S 1.3.1黑体热辐射 - |GKtZ]} ZXIw^!8@/ 1.3.2光和物质的作用
=(]Z%Q-V @jxP3:s 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 *
'_(.Z: SK*z4 p 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 bu9.Hv T' 3_ly"\I\ 1.4光谱线增宽 W#P`Y < u$ BW:HKH.k 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 `/O AgV"` ^)y8X.iO 1.4.2自然增宽 r~z'QG6v/ M#_ |WL~ 1.4.3碰撞增宽 "<"m}rE?Q Nq%ir8hE 1.4.4多普勒增宽 ;1HzY\d%< xg}Q~,: 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 D 5bPF~q ,$} xPC 1.4.6综合增宽 .ht-* o "6
2 ~ 1.5激光形成的条件 1<t J3>Xl g/FZ?Wo 1.5.1介质中光的受激辐射放大
/&c2O X|Z mqj-/DN6* 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 " Lh&s<[ _ 6SAU8M, 思考练习题1 QC?~$>h! ? -&CO I-P8 第2章激光器的工作原理 &7i&"TNptP Z5E; FGPb 2.1光学谐振腔结构与稳定性 P6&%`$ 1uO2I&B 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 !
,bQ;p3g| ftG3!} 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ;=7K*npT &s(J:P$! 2.1.3稳定图的应用 d:k n%L6k_ QgI[#d{ 2.2速率方程组与粒子数反转 !> =ybRe S=0DQ19 2.2.1三能级系统和四能级系统 N+ak{3 W#%s0EN<_ 2.2.2速率方程组 }jUsv8`}8R {zWR)o .= 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 vQ
L$.A3> 8P zGUn;\ 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 qi B~ 8L, =E ap 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 +SR{ FF oNtoqYwH 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 hJ$9Hb n m<?oI*\ 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 BZ =I/L \XPGA uEo 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 =#/Kg_RKL {nbT$3=Zt 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 veHe
r=&,2meo 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 K8aqC{ vjq2(I)u 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 uN:KivVe mUbm3JIjJ 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 D3 yTN" J Cq>; br. 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 At"$Cu!k 8[KKi ~A 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 b?l>vUgAg {g! 7K 2.5激光器的损耗与阈值条件 c7jmzo {u/1ph- 2.5.1激光器的损耗 Lx wi"ndP ?0_<u 4 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 7IkPi?&{ Oj;*Gi9E 2.5.3阈值条件 | L8
[+_m {2h *NFp 2.5.4对介质能级选取的讨论 Wk <fNHg 755,=U8'wi 思考练习题2 o GRk/@ C jx4vP 第3章激光器的输出特性 Ln4]uqMG. BYB4- , 3.1光学谐振腔的衍射理论 ]*#i_dho7 cry1gnWG 3.1.1数学预备知识 x-m *p^} $Lr& V ~ 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 F#gA2VCm @"@|O>KJ 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
yf:Vhr <NMJkl-r8r 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 F(yR\ )!C A$=n y6 3.2对称共焦腔内外的光场分布 p L"{Uqi b^VRpv 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 ~;3yjO)l?) c,xdkiy3 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 q<
XFw-Pv DjM*U52Yfj 3.3高斯光束的传播特性 ~t)cbF(UO
6sBt6?_T 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ?> }p'{I C < c6Ub 3.3.2高斯光束的相位分布 hOwb
509T ? \r 3.3.3高斯光束的远场发散角 gx.\H3y gz~oQ
l)zJ 3.3.4高斯光束的高亮度 ?4bYb]8Z k ( :Bl 3.4稳定球面腔的光束传播特性 cXPpxRXBD , c&u\W=p 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 ,`}y J*7 J8 emz8J 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 8ttJ\ m Uj7Y TB 3.5其他几种常用的激光光束 AioW*`[WjA VcrMlcnO 3.5.1厄米-高斯光束 Sb[>R(0: ,Z~`aH hr 3.5.2拉盖尔-高斯光束 zR<{z LP"g(D2'n 3.5.3贝塞尔光束 F9
r5 Z #yochxF_ 3.6激光器的输出功率 @P7'MiP]K gD9CA* 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 5p#0K@`n/ )/jDt dI 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 < o?ua} , Vi_~b 3.7激光器的线宽极限 nK;d\DO !, BJO3& 3.8激光光束质量的品质因子M2 :^]Po$fl 3+Lwtb}XPF 3.9模式激光的某些一阶统计性质 peVY2\1>R AwZ@)0W y 3.9.1单模激光的一阶统计性质 k* C69
=`3r' c 3.9.2多模激光的一阶统计性质 VeWh9:"bJ Fqeqn[, 思考练习题3 t{]
6GlW -s 0SQe{!_ 第4章激光的基本技术 z:-{ Y2F g=\(%zfsxr 4.1激光器输出的选模 dHY@V> D'- 6>Wk isxG 4.1.1激光单纵模的选取 B& _:20^y~ mfj{_fR3 4.1.2激光单横模的选取 E{Wn&?i>A ?ES{t4" 4.2激光器的稳频 ] V/5<O1 <9]"p2 4.2.1影响频率稳定的因素 k{ f1q>gd >&.N_,* 4.2.2稳频方法概述 "q?(rx; `:iMG q ZN 4.2.3兰姆凹陷法稳频 j
EbmW*
% `bs<ZWT 4.2.4饱和吸收法稳频 Nf4@m|# 16 Qu{K 4.3激光束的变换 xQZOGq =#2%[kG q 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 tV=Qt[|@ >J9Qr#=H2 4.3.2高斯光束的聚焦 ,O:4[M !$w a0ms9%Y;Q[ 4.3.3高斯光束的准直 h Wt_}' 1Lf - 4.3.4激光的扩束 L[ zTT\a OFo hyy( 4.4激光调制技术 !S<p"
) P7 oL.) 4.4.1激光调制的基本概念 QO$18MBcc Ge)G.> c 4.4.2电光强度调制 'cCM[ P+ /[Nkk)8- 4.4.3电光相位调制 |~76dxU s1OSuSL> 4.5激光偏转技术 N n_b w%wVB/( 4.5.1机械偏转 3x(Y+
ymP |$tF{\ 4.5.2电光偏转 9uxoMjR- tuH#Cy 4.5.3声光偏转 HA c"&#pG +sx(q@ 4.6激光调Q技术 "U9e) a0v <YCjo[(~ 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q `$"{- ,M]W _\N~E 4.6.2调Q原理 ^E,
#}cW fm#7}Y 4.6.3电光调Q fhk(<KZvJ E.C=VfBW 4.6.4声光调Q <OiH%:G/1 Zc";R!At 4.6.5染料调Q t^bh2 $J
rhF2U 4.7激光锁模技术 & |IO+'_ E\2 f"s 4.7.1锁模原理 8I *yS# uGC%3! f! 4.7.2主动锁模 PY CG#U 2kgSIvk\ 4.7.3被动锁模 "Ml#,kU<T 0}Kyj "-3 思考练习题4 :S`12*_g" k-4z2qB 第5章典型激光器介绍 f !7fz~&Sh a uB+ g'l 5.1固体激光器 Us[F@ [$6YPM>Ee 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 fG?a"6~ KsTE)@ F: 5.1.2固体激光器的泵浦系统 /`qQWB5b $U&p&pgH=W 5.1.3固体激光器的输出特性 Ut%{pc 7^F a/CY@ V- 5.1.4新型固体激光器 a U<+ ` Ga ^:y=m 5.2气体激光器 1U ah IePf p;%5 o0{1 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 E.B6u, Te 6EY 0Fjsi 5.2.2二氧化碳激光器 ^c}kVQ\g3 TPj,4&| 5.2.3Ar＋离子激光器 Zirp_[KZ% A(XX2f!i 5.3染料激光器 e6y!,My< HKC&grp 5.3.1染料激光器的激发机理 DLq'V .M: Nb f >Y 5.3.2染料激光器的泵浦 {rF9[ S"h Ix @nRc' 5.3.3染料激光器的调谐 A )#Fyde OSJL,F, 5.4半导体激光器 4y)6 !p V\c`O 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 SJ,];mC0 ?wIw$p>wT 5.4.2PN结和粒子数反转 aMK\&yZD A0ZU #"'/ 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 Yru,YA
{H=<5 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 3z k},8f u {XXnMO4uR; 5.5其他激光器 U @}r?!)"f Nah\4-75& 5.5.1准分子激光器 y
:QnK0 i_y% HG 5.5.2自由电子激光器 M3fTU CR =Qw T)KRB% 5.5.3化学激光器 (AG((eV
msq2/sS~ 思考练习题5 Lu71Qdu09 !Ks<%;
rb 第6章激光在精密测量中的应用 |lIgvHgg 5z.Y } 6.1激光干涉测长 KO)) 2GET
bIuOB| 6.1.1干涉测长的基本原理 #=ko4?Wr( Gg^gK*D 6.1.2激光干涉测长系统的组成 !W b Q9o k5X-*^U=V} 6.1.3激光外差干涉测长技术 `@&WELFv{ OL.{lKJ3DV 6.1.4激光干涉测长应用举例 ( Kw%fJT u&j_;Y !6 6.2激光衍射测量 L7y EgYB ~ T=a]V 6.2.1激光衍射测量原理 S;u 2B_/
[1e/@eC5 6.2.2激光衍射测量的方法 BtF7P}:MGf P(p|NRD@1 6.2.3激光衍射测量的应用 , }^FV~ j 9f Q V 6.3激光测距 m-9ChF: U )|&F Bz; 6.3.1激光脉冲测距 g]?QV2bX6 f5*hOzKG6 6.3.2激光相位测距 c`Ui zZ >4?735f=x 6.4激光准直及多自由度测量 AD7&-=p&w +@+*sVb 6.4.1激光准直仪 o}L\b,]) s[t?At-> 6.4.2激光衍射准直仪 VP }To wYd{X 8$ 6.4.3激光多自由度测量 (I#3![q O~5*X f 6.5激光多普勒测速 P\$%p-G rDLgQ{Sea 6.5.1运动微粒散射光的频率 C:vVFU|4 qKI)*o062 6.5.2差频法测速 'Z6x\p C! |Y z=e 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 g7v(g? gq.l=xS 6.6环形激光测量角度和角加速度 kq> I?wg 3#{Al[ jq 6.6.1环形激光精密测角 rotu#?B z7HM/<WY 6.6.2光纤陀螺 8)YDUE%VH "|/Q5 *L 6.7激光环境计量 {Lsl2@22 |u#7@&N1 6.8激光散射板干涉仪 ;IR.6k$; }(9ZME<( 思考练习题6 RVh{wg Ed1y%mR> 第7章激光加工技术 3yLJWHO%W -o@L"C> 7.1激光热加工原理 5jsZ Jpk$ yXCHBz 6& 7.2激光表面改性技术 bg^ <e}{<H ]3L/8]: 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 _W>xFBy
mpd ?F 'V 7.2.2激光表面熔凝技术 pL , l sY&Z/Y 7.2.3激光熔覆技术 G|z%T`!U1; a2eE!I 7.3激光去除材料技术 M]SeNYDy b[ ~-b 7.3.1激光打孔 <sls1, |u+!CR 7.3.2激光切割 *$@u`nM =G`g-E2 7.4激光焊接 H'&[kgnQ@ m {r#o? 7.4.1激光热导焊 ?$VkMu$2k - 0P9|;h5 7.4.2激光深熔焊 v4F+^0? upGLZ# 7.4.3激光复合焊 TrBW0Bn>p sGc.;": 7.5激光快速成型技术 ;?%_jB$P P+DIo7VTX 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 gmZ] E45 KC nm _4 7.5.2激光快速成型技术 \sus L D Y}
6 @ w 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 uc/W/c u, `i<Z<
<c> 7.6其他激光加工技术 e(Rbq8D w@LLxL>Y 7.6.1激光清洗技术 Z{ 1B:aW L[!||5y 7.6.2激光弯曲 IL`=r6 \ iU AY
思考练习题7 8#/y`ul 45WJb+$ 第8章激光在医学中的应用 ilAhw4 A _tE55X& 8.1激光与生物体的相互作用 /*MioaQB}p ^9kx3Pw?8 8.1.1生物体的 光学特性 uaZHM@D n}c~+ 0`un 8.1.2激光对生物体的作用 $=) Pky-~ KtGbpcS$f 8.1.3激光对生物体应用的优点 tHK>w%|\R JfmYr47Pv 8.2激光在临床治疗中的应用 cQm4q19 D}Sww5ZmP 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 w^U{e
xo Ih OAMH1 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 h J0U-m $m A2 AI 8.2.3激光在眼科中的应用 2f62 0 6@eF|GoP 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 Ej1 <T,w_ c94 =>p6 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 I&31jn_o
/ wE}Wh5 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 MzDosr3: X0R EC% 8.2.7光动力学治疗 XK})?LTD
B{*{9!(l9 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 *"OUwEl a !F.h+&^D; 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 #'0Yzh]qc n 4y]h 8.3.2激光断层摄影 `.J17mQe" ,V w>3|C 8.3.3激光显微镜 ~9E_L?TW* YV!hlYOBi 8.4医用激光设备 @\o"zU =1@LMIi5x 8.4.1医用激光 光源 C511 hbF s^K2,D]P 8.4.2医用激光传播用 光纤 ^3 9lUKL c+
e~BN 8.5激光应用于医学的未来 B(k tIy !& 9(D ^ 8.5.1医用激光新技术 ]!&$&t8. %S'+x[ 4W 8.5.2光动力学治疗的前景 1m#.f=u{R =^ i K^) 思考练习题8 8QZI(Xe9r ~$J(it-a 第9章激光在信息技术中的应用 X%3?sH .Z
67 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 "r* `*1 oQObr 9.1.1半导体激光器 &K{8-
t JO+tY[q 9.1.2光纤激光器 _+'!l'` q\~
#g.} 9.1.3光放大器 W\NC3] 23WrJM!2N 9.2激光全息三维显示 >6HGh#0(p b^Re9 47{g 9.2.1全息术的历史回顾 ?_i >Kx {(!JYz~P 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ^'0N%`bY! owQ,op # 9.2.3白光再现的全息三维显示 XUA @f* 6#!CBY^ { 9.2.4计算全息图 dC{dw^ ?- v WNv 9.2.5数字全息术 G(TFv\`vH 6Eu(C]nC( 9.2.6全息三维显示的优点 Dws)
4hH RYjK4xT?Y/ 9.2.7全息三维显示的应用 ]i@73h YT Z|%h- ~ 9.2.8全息三维显示技术的展望 75zU,0" j !@F { F R 9.3激光存储技术 hHU=lnO V< W;[#" 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 ]JY E#F lz~^*\ F 9.3.2激光光盘存储 4,z|hY_*t gS5MoW1 9.3.3激光体全息光存储 <D ~hhGb XPO-u]< W 9.3.4激光存储技术的新进展 ]}XDDPbZ} wW1VOj=6V" 9.4激光扫描和激光打印机 $R/@8qnP
W |HD>m'e 9.4.1激光扫描 3HpqMz hm! J@ 9.4.2激光打印机 c
'wRGMP in<.0v9w 9.5量子光通信中的激光源 J<QZ)<T,& w ;`Jj - 9.5.1量子光通信 1 >j,v+ "u!gfG?oH 9.5.2量子态发生器及应用 Y~g{9 <! )|xu5.F 思考练习题9 ,<t.Iz% #0aBQ+_8H 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 9 A ?{}c N e1Oz } 10.1激光核聚变 EG UlLqP6e mG&A_/e!9 10.1.1受控核聚变 ,s #~00C| ]yf?i350 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 >] 'o N 'NhQBk 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 J&>@ >47 hhy+bA} 10.2激光冷却 9f( X7k t i *. Y 10.3激光操纵微粒 = 'o3 <} \mc0fY 10.3.1光捕获 ,SR7DiYg 0vm> *M*p 10.3.2微粒操纵 )OV 0YfO ?[Lk]A&"L2 10.4超越经典衍射极限的分辨率 CW
&z?B ra a.Z@Z!* 10.4.1解析延拓 ls^Z"9P "CJ~BJI% 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 %;k Hnl 9E2iZt] 10.4.3傅里叶叠层算法 1 P !)4W }8ubGMr,Y 10.4.4相干谱复用 \9VF)Y.ke 6WY/[TC- 10.4.5非相干结构光 照明成像 )y,^M3$?C 'ztOl`I5V 10.4.6超分辨荧光显微镜 5CFNBb%Xy f ,cd=vGj 10.5激光光谱学 4`5yrC d {JgY-#R?{( 10.5.1拉曼光谱 {|?^ @ .xsfq*3e5 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 G tI )O} 6eV#x%z@v' 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 *U[yeE]. @(,1}3s 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 QhZg{v[d b5NVQ8Mq 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 e3p| g] F^u12R) 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 |sZqqgZ- rm[C{Pn 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 nqyD>> 'o-4' 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 7)lEZJK&T qiNVaV\wr| 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 JXB)'d0 =fcg4h5( 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 :>1nkm&Eg }D#: NlMp 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 g g/`{ e}UQN:1 思考练习题10 yH/A9L,Z ``-N2U5 附录A随机变量 3Z
b] @n [8iY0m_Qe A.1概率的定义和随机变量 -'&/7e6>y )'djqpM. A.2分布函数和密度函数 |?!i},Ki; 3:+9H }Q A.3推广到两个或多个联合随机变量 Oidf\%!mvR o:Fq|?/e A.4统计平均 T }#iXgyx EwP2,$; 附录B随机过程 y}?|+/ dN {X ! OK3e B.1随机过程的定义和描述 E/zf9\ mO >L]<O B.2平稳性和遍历性 Ir9GgB IVR%H_uz 参考文献 &$MC!iMh 3^sbbm.8  KF. {r Xh 9QfT , （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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