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。
'15j$q s6Bt)8 A WRh &4[G' yr&oJYM 第1章辐射理论概要与激光产生的条件
7oF`Os+U nX5*pTfjL3 1.1光的波粒二象性
,M7sOp6} #1hT#YN 1.1.1光波
10}oaL S j 6 Jz 1.1.2光子
' e 3y| E2(;R!ML# 1.2原子的能级和辐射跃迁
?*}76u V== ' 7n 1.2.1原子能级和简并度
(m) %5*: <tf4j3lwH 1.2.2原子状态的标记
&-<"HW L)8 +/+ 1.2.3玻尔兹曼分布
E=~H,~ s%GiM 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁
><LIOFqsS r4 +w?=` 1.3光的受激辐射
_QvyFKAM zIF &ZYP 1.3.1黑体热辐射
;T#t)oV r{\cm
Ds 1.3.2光和物质的作用
C$ *`c6R 8S]Mf*~S' 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
] |u}P2 E>4#j
PK 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
d/ Py, ?jqZeO#W7 1.4光谱线增宽
G8u8&| e"r}I!. 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
H7Y}qP5 X 4bAgbx-^ 1.4.2自然增宽
$nn~K JTx}{kVO 1.4.3碰撞增宽
d.2b7q09 '0t j2 1.4.4多普勒增宽
X'k w5P!sq LWVO%@)w 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
w-B\AK?} T" QY@#E 1.4.6综合增宽
7e8hnTzl8< * uE U9fX 1.5激光形成的条件
4 T^M@+&| P* aD2("Z 1.5.1介质中光的受激辐射放大
7y[ B[$P +D
h=D* 1.5.2光学谐振腔和阈值条件
g!~j
Wn?A >F+:ej 思考练习题1
T&R `s+7 e\yj>tQJg 第2章激光器的工作原理
V ?_%Y<|L xje{ kx# 2.1光学谐振腔结构与稳定性
b%oma{I=.c c'G\AbUVjE 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件
`/ HygC6 20fCWVw}?} 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类
W/ \7m\ B Qb(CH 2.1.3稳定图的应用
spl*[ d sm_:M| [D 2.2速率方程组与粒子数反转
htF&VeIte [;?^DAnK2 2.2.1三能级系统和四能级系统
61m QJHl. ;JZXS M-3 2.2.2速率方程组
{>+$u"* ITsJjcYw 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布
} 2\"(_ <5X@r#Lz 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布
-"cN9RF [ =9R5.)c 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
$< aBawLZO QqwX Fk 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
`C h6"= t a 6 ]!4 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
+ ]>a`~ $( NfHIX 2.3.1均匀增宽介质的增益系数
~'U;).C b~Ruhi[E 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和
5sE^M S1 G{"1 I 2.4非均匀增宽介质的增益饱和
Tt vS|09p; xv*m K1e 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
.Gv~e!a 8 $bo^UYZ6 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
=CVw0'yZ asF- mf;D 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
[qXpi' q[ QB. 7 n&u 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
x:bYd\
EJ[ 9F-k:hD | 2.5激光器的损耗与阈值条件
y H'\<bT |`okIqp 2.5.1激光器的损耗
=QC^7T |4c==7. 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程
eeDhTw9 J{Ay( 2.5.3阈值条件
o2|(0uN' RasoOj$ 2.5.4对介质能级选取的讨论
l6 WcnJ P$QjDu- 思考练习题2
0l##M06> iWCV(! 第3章激光器的输出特性
|-mazv A M' HOw)U 3.1光学谐振腔的衍射理论
Y]lqtre*Y em]K7B= 3.1.1数学预备知识
w*
I+~o- C1/jA>XW 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
-hzza1DP s/^k;qw 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
"tR.'F[n4P Z~ uKT n 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
. $k"+E l+6\U6_)B 3.2对称共焦腔内外的光场分布
aYgJTep>r gctaarB& 3.2.1共焦腔镜面上的场分布
y#0 w\/< ]R@G 5d 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
p4t)Z#0 9PJDT] 3.3高斯光束的传播特性
</X"*G't 2{CSH_"Z7 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布
*I 67SBt r83~o/T@ 3.3.2高斯光束的相位分布
hkJZqUA /4?`F} 7) 3.3.3高斯光束的远场发散角
=#tQIhX` `/zt&=`VB 3.3.4高斯光束的高亮度
h7$!wf!I (Pd>*G\ 3.4稳定球面腔的光束传播特性
S:YL<_oI| HWhKX:`l 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔
0vp I#q ?~.&Y 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性
?nW#qy!R , *[LnR 3.5其他几种常用的激光光束
"o 3"1s>d{ @ >5<m'}2 3.5.1厄米-高斯光束
p ] &Q`oh ]e.+u 3.5.2拉盖尔-高斯光束
[M S.5+1Y jyhzLu 3.5.3贝塞尔光束
h*UUtLi%WU c0&'rxi( B 3.6激光器的输出功率
$0}bi :7 r6JkoP Mh 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
ts<dUO
YSo7~^ 1W" 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率
fZ}Y(TG/ 5V~p@vC x 3.7激光器的线宽极限
~,2hP
~ SAh 054/St 3.8激光光束质量的品质因子M2
W_\L_)^X f9UaAdJ( 3.9模式激光的某些一阶统计性质
Uob |Q=MQ `HG 19_Z 3.9.1单模激光的一阶统计性质
=jc8=h[F< -5 /v` 3.9.2多模激光的一阶统计性质
ACO4u<M) 2j7d$y*' 思考练习题3
b',bi.FH vQ mackY 第4章激光的基本技术
* g4Cy 8$ ZT8J i?_n 4.1激光器输出的选模
1lyOp @O}j:b 4.1.1激光单纵模的选取
7&V^B W O6,"# BX 4.1.2激光单横模的选取
gvqd 1?0w ll\^9
4]Q 4.2激光器的稳频
9C}aX }` :$i:8lz
4.2.1影响频率稳定的因素
eD{ @0& &17 ,]# 3 4.2.2稳频方法概述
H
r^15 XYHCggy 4.2.3兰姆凹陷法稳频
~}-p5 q2 @gSFvb bc 4.2.4饱和吸收法稳频
^[}0&_L
w _~Z Q b 4.3激光束的变换
b2X'AHK S R P:F<`DB| 4.3.1高斯光束通过薄
透镜时的变换
? h )3S 7 R``V Q 4.3.2高斯光束的聚焦
h2"|t Tm,a ]9&q'7*L 4.3.3高斯光束的准直
}SMJD #VdI{IbW 4.3.4激光的扩束
MAe<.D HY 'CX.qxF1;p 4.4激光调制技术
+yb$[E* )xvx6?Ah| 4.4.1激光调制的基本概念
_d[2_b1 dD^_^'i 4.4.2电光强度调制
Uty(sDtu 5<O61Lgx 4.4.3电光相位调制
/ }X suH `}9 1S 4.5激光偏转技术
>[XOMKgQ]( B}q 4.5.1机械偏转
+# RlX3P N =Uc=I7C 4.5.2电光偏转
&@W4^- 9 5G'&9{oB 4.5.3声光偏转
Jn[q<e" Lk`k>Nn) 4.6激光调Q技术
!
[|vx!p iijd $Tv 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
~*mOt 7G ,dZ# ,< 4.6.2调Q原理
HTUYv U*- zY+t ,2z 4.6.3电光调Q
i|c`M/) h: TDl!qp @ 4.6.4声光调Q
HTDyuq s y '_V/w s 4.6.5染料调Q
oD W<e'Jm !$p2z_n$@. 4.7激光锁模技术
7~kpRa@\P u+z .J4w 4.7.1锁模原理
kJurUDo XW U v P 4.7.2主动锁模
v ?Yd LR cXb
@H# 4.7.3被动锁模
_H4$$ Q(=Vk~v 思考练习题4
.*EOVo9S "[Qb'9/Jc 第5章典型激光器介绍
.7pGx*WH^Y SRt$4EL21 5.1固体激光器
FVsu8z u
*xX( !t' 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
IqhICC1V- 'R4>CZ%jV 5.1.2固体激光器的泵浦系统
P"R97#C z-KrQx2
5.1.3固体激光器的输出特性
T6h;Y t$]&,ucW# 5.1.4新型固体激光器
`ICcaRIN8I lFp!XZ! 5.2气体激光器
ASzzBR;?_ CB *` 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
/S7+B ] [cG t 5.2.2二氧化碳激光器
~K5Cr vp\PYg;x 5.2.3Ar＋离子激光器
*[d~Nk%Y$ F=oHl@ 5.3染料激光器
.k# N7[q= nB cp7e 5.3.1染料激光器的激发机理
a.
h?4+^bN $ZQl IJZ 5.3.2染料激光器的泵浦
GXOFk7 > l `fW{lh 5.3.3染料激光器的调谐
N<KKY"?I' =4frP *H? 5.4半导体激光器
BN+V,W N4I^.k<-A 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
2}^+ ]5 -M"IVyy@ 5.4.2PN结和粒子数反转
E4Y "X w) =eMdj\o 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
N=>- Q) e Q $N:] 5.4.4同质结和异质结
半导体激光器
x S >$2 E1HW. 5.5其他激光器
0Vf)Rw1%I
0-*Z<cu%l 5.5.1准分子激光器
&g*klt'B ^g9}f 5.5.2自由电子激光器
]}BB/KQy^ FQ+8J 7 5.5.3化学激光器
*Y8XP8u/
%)pP[[h 思考练习题5
riID,aut 0;}Aj8Fle 第6章激光在精密测量中的应用
QZ?d2PC=>? |k Id8WtA 6.1激光干涉测长
3"5.eZSOW f.@Xjf 6.1.1干涉测长的基本原理
1+R:3(AC a]`itjL^ 6.1.2激光干涉测长系统的组成
Q`N18I3 S2ark,sp6 6.1.3激光外差干涉测长技术
/^J2B 8y .\$Wy$ d 6.1.4激光干涉测长应用举例
/4yOs@ # !~kEtC 6.2激光衍射测量
_HwpPRVP/ l$M$o( 6.2.1激光衍射测量原理
3a'q`.L 5!~!j
"q 6.2.2激光衍射测量的方法
4 &|C} 5Yl6 ? 6.2.3激光衍射测量的应用
Gi*<~`Gr :ztyxJv1 6.3激光测距
pL~=Z?(B M^uU4My 6.3.1激光脉冲测距
*MI)] S ~]4 kkm7Y 6.3.2激光相位测距
N*f^Z#B] TaOO q}8c# 6.4激光准直及多自由度测量
WJAYM2
6\ 3g;T?E 6.4.1激光准直仪
P 4Qk Y#v +I&J7ICV0 6.4.2激光衍射准直仪
L%f;J/ b7!UZu]IEv 6.4.3激光多自由度测量
m*gj|1k r
^MiRa 6.5激光多普勒测速
xo(k?+P>. < 9`?Z-lJP 6.5.1运动微粒散射光的频率
JPsSw U,HIB^=
R 6.5.2差频法测速
XoJgs$3B `
V wN!B: 6.5.3激光多普勒测速技术的应用
Y[ ?`\c| \BUq Dd! 6.6环形激光测量角度和角加速度
M \ dO({o b~j~ 6.6.1环形激光精密测角
9
Va40X1 dnwdFsf 6.6.2光纤陀螺
l~['[Ub0) dgslUg9z3g 6.7激光环境计量
Z:|9N/>T SF^x=[ir 6.8激光散射板干涉仪
SW#BZ3L H UkerV 思考练习题6
q`[K3p
H <Hrwy~ 第7章激光加工技术
ESIzGaM jN6b*-2
7.1激光热加工原理
\yG`Sfu2 (f~gEKcB2u 7.2激光表面改性技术
GmbIFOT~
]`d2_mu 7.2.1激光淬火技术的原理与应用
[f/.! @sj JOHR mfqR 7.2.2激光表面熔凝技术
`NSy"6{Z 2e.N"eLNt 7.2.3激光熔覆技术
~.6 |dw\p! +#s;yc#=2 7.3激光去除材料技术
[O_^MA,z V&[eSVY? 7.3.1激光打孔
-\Z `z}D W' ep6O 7.3.2激光切割
(a }J$: LwOJ |jA(, 7.4激光焊接
k"
YHs n j#VIHCzlr 7.4.1激光热导焊
<0 uOq 5 m7b\Mak 7.4.2激光深熔焊
ue6d~8& \QT9HAdd@ 7.4.3激光复合焊
A,BEKjR~J kaQ2A 7.5激光快速成型技术
b+@D_E-RJ *d>vR 1 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点
` (DJs-xD rY,PSK/j 7.5.2激光快速成型技术
8bOT*^b$H ^PqMi:htc 7.5.3激光快速成型技术的重要应用
:}9j^}"c3 TsHF
tj9S 7.6其他激光加工技术
`G?qY8 n +;vjVS% 7.6.1激光清洗技术
q8sb n [bjN
f2 7.6.2激光弯曲
cJ/]+|PQ [M:S`{SbY 思考练习题7
#hJQbv=B" Au5rR>W 第8章激光在医学中的应用
U =cWmH F P@qh 8.1激光与生物体的相互作用
QaQ'OrP
iF9_b 8.1.1生物体的
光学特性
~Hmx Ek9 %l7fR} 8.1.2激光对生物体的作用
l}}UFEA^ V VuR+=.& 8.1.3激光对生物体应用的优点
7> n"}8i &U"X $aFc 8.2激光在临床治疗中的应用
yC
!/PQ" 7pet Hi 8.2.1激光临床治疗的种类与现状
XP?*=Z] /\E [ 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
m^I,}1H4 "8(U\KaX 8.2.3激光在眼科中的应用
kus}W J Qhy#r 8.2.4激光在泌尿外科中的应用
8_xLl2 #3MKH8k&~ 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用
s[ AA 7>]3 }c|U X
ZW 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术
AhxGj+ 3nFt1E
8.2.7光动力学治疗
n?E}b$6 CWlW/>yF
B 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用
Q $a Q2s&L]L= 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断
'MQ%)hipA B8V,)rn 8.3.2激光断层摄影
s@ !$='| &ao(!/im 8.3.3激光显微镜
>ttuum12w + K{LQsR] 8.4医用激光设备
8eyl,W=dn [e e30ELn 8.4.1医用激光
光源 NK/4OAt% WY>Knp= 8.4.2医用激光传播用
光纤 N:W9}, fKkjn4&W 8.5激光应用于医学的未来
/1fwl5 \
`w<J25 8.5.1医用激光新技术
Rs7 |}Dl} tcL2J . 8.5.2光动力学治疗的前景
(E!!pz {exrwnIZj 思考练习题8
O4Dr ]Xc] 213\ehhG< 第9章激光在信息技术中的应用
]J@/p:S> ngUHkpYS5 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器
J (iV0LAZb k4y}&?$B 9.1.1半导体激光器
` |Fp^gM '6S %9ahE 9.1.2光纤激光器
{-WTV"L5*2 L`3n2DEBf 9.1.3光放大器
q#[`KOPV .
/m hu 9.2激光全息三维显示
c K <)$* 3!#/k+,C 9.2.1全息术的历史回顾
<Ar$v'W=F{ rVzI_zYqp' 9.2.2激光全息术的基本原理和分类
M{KW@7j wahZK~,EaY 9.2.3白光再现的全息三维显示
$H*/;`,\[ xPC"c* 9.2.4计算全息图
}[n5n p^X^ 1X7 9.2.5数字全息术
j
_ ;fWBD: WS,7dz 9.2.6全息三维显示的优点
Mv|!2 [: FPv" N'/ 9.2.7全息三维显示的应用
Y25uU%6t_ !j^ &gRH 9.2.8全息三维显示技术的展望
6|= j+rScv ;j'Daupt;= 9.3激光存储技术
"J19*<~ O<N#M{kc. 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
d3^7ag% W{Z^n(f4 9.3.2激光光盘存储
Iti0qnBN5 qd6fU^)i 9.3.3激光体全息光存储
=m tY #oV+@D ` 9.3.4激光存储技术的新进展
\l,rpVv5m k<Sl1v K 9.4激光扫描和激光打印机
oF|N O^H X0uJNHO 9.4.1激光扫描
{j
SmoA b?VV'{4 9.4.2激光打印机
.i/m S# we3 9.5量子光通信中的激光源
`_qK&&s ai-n z-; 9.5.1量子光通信
9-lEt l% aV|9H 9.5.2量子态发生器及应用
*e{PxaF!C (! KG)! 思考练习题9
q``w t X6@w krf- 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用
iHBB,x rAukHeH 10.1激光核聚变
"(TkJ bwC[ H^AE|U*-G 10.1.1受控核聚变
Y A&`&$ kgW @RD| 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法
8q^o.+9 K4 %/!` 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理
@WOM#Kc l-)B ivoi 10.2激光冷却
#h'@5 l k$"d^* R 10.3激光操纵微粒
b{cU<;G)y. 4IsG=7 10.3.1光捕获
Sycw %k GjT#%GBF 10.3.2微粒操纵
!a- b6A a /@Y CA}|/ 10.4超越经典衍射极限的分辨率
wEEn? jai|/"HSXw 10.4.1解析延拓
Gi?_ujZ R 0kDBE3i # 10.4.2综合孔径傅里叶全息术
raUs% Y3 R[ Fn0fnLx 10.4.3傅里叶叠层算法
f ~h~5 gS9>N/b| 10.4.4相干谱复用
yfj(Q s EbK0 j? 10.4.5非相干结构光
照明成像
6NLW(?]
{=Q7m`1 10.4.6超分辨荧光显微镜
:E_a 0!' +RDJY(Y$ 10.5激光光谱学
D4Nu8 Wr$ {^ec(EsO# 10.5.1拉曼光谱
-,# +`>w QwW W! 8 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
~(X(& mOBA CTY^ 10.5.3频率高分辨的双光子光谱
m,MSMw1p xBM>u,0.F 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱
zF&=U`v OI/@3"L{ 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术
KtN&,C )lJ -1%OlKC 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
-"TR\/ 4{na+M 10.6.1电磁波的正常多普勒效应
4,P b g| IApT'QNM 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
Frm;Ej3?$ -K %5(Eg 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
2Aq~D@,9=: `wz[='yM 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
WI[:-c v 2W<n5o 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
6ghx3_%w MZ4c{@Tg 思考练习题10
@w9 {5D4 /f{ $I 附录A随机变量
]7YNI S - * ELLY[ A.1概率的定义和随机变量
^) )RM _ic eVz#7vqv A.2分布函数和密度函数
msx-O=4g F2I 5q C/ A.3推广到两个或多个联合随机变量
gX @`X P Gn);Baq A.4统计平均
nHOr AD|& 6z,Dyy]tl 附录B随机过程
> 0> %5'6Tj B.1随机过程的定义和描述
<^R{U&Z@ %j,iAUE< B.2平稳性和遍历性
TpfZ >d2 X ]j)+DX> 参考文献
U>qHn 'M D5 6<fg$ 
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