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。 iiv`ji y/; DA= ? $.x%G+ Q t. |YB8 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 .$a|&P=S "GX k; Y 1.1光的波粒二象性 UL]zuW/ 5,9cD`WR^ 1.1.1光波 lu;gmWz @`XbM7D 5 1.1.2光子 5#mHWBGd7 *0x!C8*`Xe 1.2原子的能级和辐射跃迁 gUH|?@f rm4t 1.2.1原子能级和简并度 uTNy{RBD+ dpcU`$kt 1.2.2原子状态的标记 X3HJ3F;== m'WGK`WIm 1.2.3玻尔兹曼分布 &neB$m3y \?[ m%$A 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 5I[6 "o0 @?5pY^>DK 1.3光的受激辐射 9qm'qx ?d_vD@+\ 1.3.1黑体热辐射 ??z&w`Yy, R~BFZF>: 1.3.2光和物质的作用 Z_s]2y1 "qoJIwl#q 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Lw`}o` D X0 ]Se( 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 ?dmw z4k0 # blh9.V&F 1.4光谱线增宽 K0Lc~n/ \ m(>Q 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 r{wf;5d( HpS1(%d" 1.4.2自然增宽 [a7S?%>Bh ik5"9b-\< 1.4.3碰撞增宽 <7o@7r'0 ekd;sEO 1.4.4多普勒增宽 irMBd8W G 2=$ F*B>9 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 e}iv vs2 G Q}R xu] 1.4.6综合增宽 vy5I#q(k Yu:($//w 1.5激光形成的条件 S+l >@wa)| xP &@|Ag 1.5.1介质中光的受激辐射放大 n/^QPR$>. P_(< ?0l 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 5uU{!JuSa rd^j< 思考练习题1 *_"lXcG . 7e
/Kh)5G 第2章激光器的工作原理 GK&R.R] 4" eeEs h 2.1光学谐振腔结构与稳定性 k[\JT[Mp SDO~g ~NTp 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 Qm4cuV-0{ R^rA .7T 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 n +dRAIqB *}Rd%' 2.1.3稳定图的应用
(Kj>Ao ,. V=y% 2.2速率方程组与粒子数反转 p7[&H / 8KWhXF 2.2.1三能级系统和四能级系统 XQcE
ZJ2 Rk} =SB- 2.2.2速率方程组 yn04[PN2 =6B I[_0 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 d4o_/[ sNJ?Z"5k1h 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 Jo9c|\4 x)T07,3: 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 A&_v:z4y/ F>at^ 6^ 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 H}lbF0`
sVP2$? 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 SpZmwa #\ 94.M 8 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 7G_O FD a2H_8iQ! 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 N~B'gJJDx HK<oNr.d52 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 uQkQ#'e| @4jP aqa( 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 sE0 ,b 4<U6 jB5 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 Og kb N` c Qh=Mri] 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 g'V,K\TG DkBVk+ 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 <@=w4\5j9 0*o =JM] 2.5激光器的损耗与阈值条件 e{0O "Jd` k)JwCt.% 2.5.1激光器的损耗 U FUm-~x` e{d$OzT) V 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 iPrAB* #^q@ra 2.5.3阈值条件 I)4NCjcCw m ,TYF 2.5.4对介质能级选取的讨论 LU@+ O12 y#5;wb<1 思考练习题2 .?.Q[ic U &y?3 第3章激光器的输出特性 =JB1 ]b{| mOx>p"n 3.1光学谐振腔的衍射理论 r;8$ 7C. ) 2Hl\"F 3.1.1数学预备知识 If(IG]>`D L!kbDbqn 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 DKqO5e\l8@ [T#9#3 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 !,PoH 6-uB[$ko 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 - Tr*G4 0G/_"} @ 3.2对称共焦腔内外的光场分布 GZ/vUe +)TOcxF% 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 k'+Mc%pg4E X !l#1 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 6w^Fee`>] W>`#`u 3.3高斯光束的传播特性 1fb!sbGD.k N^K@$bs4^ 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 RDQK_Ef: CEp @-R 3.3.2高斯光束的相位分布 $9O%,U@ yn-TN_/Y, 3.3.3高斯光束的远场发散角 JD$;6Jv3P -m>ng
E~ q 3.3.4高斯光束的高亮度 Fs) m;C b n <} 3.4稳定球面腔的光束传播特性 %q
7gl;' j4.deQ, 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 Md ,KW# 3L(vZ2& 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 `=cOTn52 :i:M7 }r 3.5其他几种常用的激光光束 ]AzDkKj w@ =U f7 3.5.1厄米-高斯光束 Vt D:'L- E`>u*D$un~ 3.5.2拉盖尔-高斯光束 4E DwZR>./ . 'rC'F T 3.5.3贝塞尔光束 96
!e:TU tB7g.)yZb 3.6激光器的输出功率 knJoVo] ygquQhf5 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 iZ-"l3) D "k T?9& 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 r b@ {ir 73OYHp_j 3.7激光器的线宽极限 gnN"pa!&~ vtVc^j4 3.8激光光束质量的品质因子M2 T.p:`}Ma 2k$~Mv@L 3.9模式激光的某些一阶统计性质 ;v^1V+1:z k3B-;%3I; 3.9.1单模激光的一阶统计性质 1W
+Q cK4k S
2SJFp 3.9.2多模激光的一阶统计性质 x#_0
6 R3=]Av46 思考练习题3 B#U:6T y -<tfbaA 第4章激光的基本技术 ,HLgb}~ {)d{:&*K. 4.1激光器输出的选模 |}>;wZ[7 60 z =bd] 4.1.1激光单纵模的选取 &.}Z j*BD Gv 3AJ'NL 4.1.2激光单横模的选取 <..|:0 Q&~ %VD>S 4.2激光器的稳频 VU[4 W8f <> FpvdB 4.2.1影响频率稳定的因素 g$j ZpU gP?uLnzvi 4.2.2稳频方法概述 !:^lTvYWZH b];p/V#
< 4.2.3兰姆凹陷法稳频 b: w {7 ,[{)4J$MV 4.2.4饱和吸收法稳频 psZA O,p 7p Y7iR_ 4.3激光束的变换 fudIUG. xi
=\] 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 oG_-a(N i #%17} 4.3.2高斯光束的聚焦 eJ23 $VM+9 q g+bh 4.3.3高斯光束的准直 AGdFJ>/ Dqw?3 KB 4.3.4激光的扩束 lp;= f (7qdrA eP 4.4激光调制技术 #AJo75E% Cd"iaiTD0 4.4.1激光调制的基本概念 U- a+LS yfd$T}WW6 4.4.2电光强度调制 <+oTYPgD9 #&cN R_"w 4.4.3电光相位调制 /T_ G9zc [*k 25N 4.5激光偏转技术 ]8qFxJ+2^ 0Lo)Ni^" 4.5.1机械偏转 };: +0k/ 8JU9Qb]L'I 4.5.2电光偏转 [;F%6MPK^ jxU z-U- 4.5.3声光偏转 h!L/ZeRaV 9y~5@/3 2R 4.6激光调Q技术 D# "ppa} B7fV_-p: G 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q A8 0r@)i 5Cp6$V|/kv 4.6.2调Q原理 EC4RA'Bg1k b5MCOW1+ 4.6.3电光调Q x dT1jI H7 xyK
4.6.4声光调Q i '$V'x'k
6tPgFa#N 4.6.5染料调Q #xMl< SGd[cA
K o 4.7激光锁模技术 0 2lI-xHe VoOh$&"M 4.7.1锁模原理 \C
)S3!h cF[L6{Oe 4.7.2主动锁模 )NoNgU\7! NT^m.o~4 4.7.3被动锁模 3Vu_-.ID B J0P1vh6M 思考练习题4 KZ"&c~[ +ti_?gfx 第5章典型激光器介绍 c /G4@D> I,*zZNv Ri 5.1固体激光器 H} R/_5g ne=?' e4 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 ,-11w7y\ {W[OjPC~F 5.1.2固体激光器的泵浦系统 m M> L0 T=EHue$ 5.1.3固体激光器的输出特性 (V:z 7 s\)0 f_I 5.1.4新型固体激光器 F ka^0 3N(5V ;ti 5.2气体激光器 _</>`P[ :6
, `M, 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 ps DY}y\" W:s>?(6? 5.2.2二氧化碳激光器 >tmv3_<= S~~G0GiW 5.2.3Ar＋离子激光器 ^/0c`JG!x 4@iMGYR9!s 5.3染料激光器 r9nyEzk Q"6:W2#v 5.3.1染料激光器的激发机理 y@#JzfY?Hr 5Iql%~_x 5.3.2染料激光器的泵浦 !CBvFl/v * LaL('.> 5.3.3染料激光器的调谐 PQ u_]cXI lUL6L 4m 5.4半导体激光器 8=GgTpO5 Y$ vobi $ 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 P}2i[m.*, 88@" +2 5.4.2PN结和粒子数反转 6.!aJJLN )p$a1\ ~m 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 BHNcE*U}@? x1@`\r# 0 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器
5 f~49(v] mMNT.a 5.5其他激光器 o* fNY $
$=N'Q 5.5.1准分子激光器 D OsQVdH K &Sz8# + 5.5.2自由电子激光器 $QNII+o
b1*5#2rs. 5.5.3化学激光器 R{3?`x!fY ]O^C'GzZ 思考练习题5 ^69ZX61vt S'h{["P~
0 第6章激光在精密测量中的应用 7f$ hg8 Z[, A>tJ 6.1激光干涉测长 w1Xe9'$Qb ;kX:k~,]}> 6.1.1干涉测长的基本原理 +Fk]hCL R0WI s:k2 6.1.2激光干涉测长系统的组成 >" &&,~ CDT%/9+- 6.1.3激光外差干涉测长技术 $:RP tG !,(6uO% 6.1.4激光干涉测长应用举例 # :)yh]MP r(VGdG 6.2激光衍射测量 fz[-pJ5[ tO@n3"O 6.2.1激光衍射测量原理 \FL`b{!+ N ,. K}uW 6.2.2激光衍射测量的方法 X!AD]sK ZLS\K/F>>= 6.2.3激光衍射测量的应用 Pf,lZU?f %3@a|#g 6.3激光测距 aA NzL O$K ?2- 6.3.1激光脉冲测距 >!g W]{ -Wt (t2 6.3.2激光相位测距 s?,\aSsU@ Qp5YS 6.4激光准直及多自由度测量 m%p ;>:"R FQgc\-8tm 6.4.1激光准直仪 jgyXb5GY p%]ZG, 6.4.2激光衍射准直仪 k ^:+ Pp ,K-?M5 (n9 6.4.3激光多自由度测量 1Uw pLd ,WKWin 6.5激光多普勒测速 hgmo b"o N+ #lS7 6.5.1运动微粒散射光的频率 'ZXd |WI mR1|8H!f 6.5.2差频法测速 qJyGr ? Q$B\)9`v[ 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 "c2{ n, q(n PI 6.6环形激光测量角度和角加速度 .}4^b\ v yXL F'L 6.6.1环形激光精密测角 7A6: * ol #4 AU` 6.6.2光纤陀螺 #FwTV@ $;Nw_S@ 6.7激光环境计量 Dx*tolF i9O;D* 6.8激光散射板干涉仪 w dp d` ~1g)4g~ 思考练习题6 q Xj]O3
mm Ce.*yO<- 第7章激光加工技术 5@/hqOiu Y2&hf6BE 7.1激光热加工原理 L_(Y[! .Z#8,<+ 7.2激光表面改性技术 8oxYgj&~X {@*l ,[,5- 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 0\tdxi <%ZlJ_cM 7.2.2激光表面熔凝技术 <)4>"SN&^ A`
)A=L 7.2.3激光熔覆技术 FrL
;1zt tFrNnbmlQ 7.3激光去除材料技术 KpF/g[m 5y8ajae: 7.3.1激光打孔 O[|prk, u7 G9 eN 7.3.2激光切割 *;!p#qL 'ngx\Lr 7.4激光焊接 $-l\&V++F eGE[4Z 7.4.1激光热导焊 (|t)MnPfY (+w.?l 7.4.2激光深熔焊 /`H{ n$ J,,+JoD 7.4.3激光复合焊 lDF26< <\` &:}}T=@M1 7.5激光快速成型技术 2y` :#e`x1 O tD!@GQ6 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 E
As1
= r;'Vy0?AL 7.5.2激光快速成型技术 VU ,tCTXz FtmI\, 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 / }&@1 snti*e4"V 7.6其他激光加工技术 fF.qQTy;7 ^,,lo <d_L 7.6.1激光清洗技术 jQRl-[n W;y ,X s 7.6.2激光弯曲 MB3 0.V/\ ,`. `}' 思考练习题7 b _%W*Q J]mq|vE 第8章激光在医学中的应用 a/s6|ri`0 DfX}^'#m+ 8.1激光与生物体的相互作用 kp >AZVk D! $4 8.1.1生物体的 光学特性 g)UYpi?p-} K.I \E 8.1.2激光对生物体的作用 "u.4@^+i 0\a;}
S'g# 8.1.3激光对生物体应用的优点 3E`poE [bZASe h 8.2激光在临床治疗中的应用 9!UFLZR y+K21(z. 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 +:m'a5Dm xGVL|/?8 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 dd|/I1 ?KF.v1w7 8.2.3激光在眼科中的应用 {xS\CC(g i=DoK{`L 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 o^b4l'&o elw}(l<F 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 o])2_e5 7\p<k/TS 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 XF=GmkO WeqQw?- 8.2.7光动力学治疗 G >H',iOI ;zZGV4Qc~ 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 p@x1B
&Z f7Fr%*cO 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 '@Q
aeFm 8 ?+t+m[ 8.3.2激光断层摄影 +w'{I`QIL0 JJe?Zu\ 8.3.3激光显微镜 n gC|BLT%h +ysP#uAA 8.4医用激光设备 TRS R5D[ Mk"V%)1k 8.4.1医用激光 光源 SpG^kI # b6E,u*)" 8.4.2医用激光传播用 光纤 .Lc<1s E%E3h1Ua 8.5激光应用于医学的未来 k 2S6 SB *=O~TY<]( 8.5.1医用激光新技术 m +Bt9|d D Tw3$: 8.5.2光动力学治疗的前景 qp@:Zqz8 ctg[C$<q| 思考练习题8 _a3 ,Zuv #[a +m 第9章激光在信息技术中的应用 xo46L\ D{!N Tr 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 7k>sE Zg@N MT 9.1.1半导体激光器 b1A8 -![ u\-f\Z 7 9.1.2光纤激光器 kN)m"}gX =Qcz :ng 9.1.3光放大器 Jm+hDZrW #sq$i 9.2激光全息三维显示 `Al5( 0Q PB :Lj 9.2.1全息术的历史回顾 M8, W|eTM ttwfWfX 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 B0KZdBRx} n>Rt9 9.2.3白光再现的全息三维显示 G^]7!: 0 4oF8F)ASj 9.2.4计算全息图 1o;+.]B poqx
O 9.2.5数字全息术 Xh,{/5m df Dz/sD* 9.2.6全息三维显示的优点 x"Hi!h )v mGXjSWs d 9.2.7全息三维显示的应用 H-9% /e 76\ir<1up 9.2.8全息三维显示技术的展望 ~7W?W< 62&(+'$n 9.3激光存储技术 v [_C^; %s;#epP$ 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 8gv \` Yd4J : 9.3.2激光光盘存储 >C`b 4xQ t&SC>8M < 9.3.3激光体全息光存储 .O{2]e$ zUM;Qwl 9.3.4激光存储技术的新进展 @LS*WJ< w- /3! KfG 9.4激光扫描和激光打印机 LFCcV<~ IRem F @ 9.4.1激光扫描 ?* ~W %&+j(?9 9.4.2激光打印机 M ]dS>W%U G SXe =? 9.5量子光通信中的激光源 )v-s de\ Tw< N 9.5.1量子光通信 ; /fZh:V2 ~Cx07I_lf 9.5.2量子态发生器及应用 L\Uf+d:&}G bu[v[U4 思考练习题9 U5]{`C0H? #YM5P 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 E rK5iTSD .v36xX K( 10.1激光核聚变 hBf0kl k zqW&`xn? 10.1.1受控核聚变 <FIc! c(. 2D 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 +_tK \MN "P<I Qx 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 wK+%[i&, nc# }-}`5 10.2激光冷却 V,<3uQD9a %e2,p&0G 10.3激光操纵微粒 {OP[Rrm ^u IP 10.3.1光捕获 4k5X'&Q Y<0;;tVf4U 10.3.2微粒操纵 cXiNO
ke& 79|=y7i# 10.4超越经典衍射极限的分辨率 l2"{uCcA Bb2;zOGdA 10.4.1解析延拓 .5*h']iFr1 fr$E'+l) 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 :DTKZ9>2D o(GXv3L 10.4.3傅里叶叠层算法 ?IR]y-r QFMR~6 ? 10.4.4相干谱复用 0b%"=J2/p. G. Z:00x 10.4.5非相干结构光 照明成像 8"L#5MO t BbEWa 10.4.6超分辨荧光显微镜 q(sEN!^L` N t]YhO 10.5激光光谱学 Gf'qPLK0 % UDz4?zx 10.5.1拉曼光谱 o$]wd*+ kR2kV"-l 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 jC3ta e&WlJ 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 2Wwzc vs@ @X@?jj& 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 ru#,pJ=O( # 9-qF9M 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 Y5nj _xQJL \$GM4:R D 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 $+CKy> I E7%u 92 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 7kX;|NA1 Bx9R!u5D 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 {~J'J $hn8 86pujXjc' 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 [B<htD& xN lxi 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 xQLVFgd rCt8Q&mzf 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 P2la/jN H_w&_h& 思考练习题10 T<:mG%Is \4$V ;C/n, 附录A随机变量 AA=zDB<N ?8AV-rRX A.1概率的定义和随机变量 og0su S7i,oP7 A.2分布函数和密度函数 P/ %5J3_, &CP]+ at A.3推广到两个或多个联合随机变量 kA c8[Hn lICpfcc(+ A.4统计平均 :g&9v_}&K{ MZJ@qIg[Y 附录B随机过程 Fpe>|"& CMu/n]?c B.1随机过程的定义和描述 ]#$l"ss, 8v{0=9,Z B.2平稳性和遍历性 vs=8x\W iO$Z?Dyg9 参考文献 |q+3X)Y [f ._ w~  D IAHI V< +\s32o
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