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。 4B J w+EV8 z+j3j2  )24
1-b V #D%l;A e 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 Sh u=o weJ t28 y=nv 1.1光的波粒二象性 LP}'upv 9i!|w kx 1.1.1光波 rKr\Qy+q A3Vj3em 1.1.2光子 H `_{n< _Hv@bIL' 1.2原子的能级和辐射跃迁 @[O|n )7 *,Sa*-7( 1.2.1原子能级和简并度 S8;5|ya |p*s:*TJp 1.2.2原子状态的标记 |N5|B Q(y$ vgKdhN2kI 1.2.3玻尔兹曼分布 Yo,n#<3 7 I= 7 YAm[W 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 }J_#N.y b25C[C5C 1.3光的受激辐射 UQJ P?<G:]W 1.3.1黑体热辐射 `q7X(x Dx G8`} + 1.3.2光和物质的作用 uL=F K mz 3Dt> 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 W>E|I v[o OJ<V<=MYZ 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 4l_~-Peh ?rQIUP{D7 1.4光谱线增宽 g 4lk ")3$. '5Dg 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 BB? 4>#D ZY8: 7Q@P> 1.4.2自然增宽 _ O` s;oc yzyK$WN\[3 1.4.3碰撞增宽 Z': w
X {A{ sRT=% 1.4.4多普勒增宽 8 g3?@i Di &XDW/ 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 t:tIzFNv B5!|L)7>{p 1.4.6综合增宽 luC wP 7K
/qu J 1.5激光形成的条件 bA/'IF+ +s x$%N 1.5.1介质中光的受激辐射放大 i:
VMC NH e9rgJJ 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 A%.Z esjAx \y+@mJWa 思考练习题1 J{PNB{ v S.*LsrSV 第2章激光器的工作原理 /2: s g1 1krSX 2L 2.1光学谐振腔结构与稳定性 {z |+ .D .hK:-q, 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 WO[O0!X Xt$Y&Ho 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 F<Ig(Wl#az .:B ;%* 2.1.3稳定图的应用 a[NR%Xq #:tC^7qk 2.2速率方程组与粒子数反转 E>bpq ^;r xi15B5 _Ps 2.2.1三能级系统和四能级系统 b$>1_wTL =!DpW Vs Q 2.2.2速率方程组 "$A5:1; 2s p4Mm 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 ,C|{_4 NE4]i 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 }pGj c_:'] 5rmQ:8_5 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 r! [Qpb-: l
dp$jrNLr 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 5s NN:m + R~ !G 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 [f}`reRlZ \S&OAe/b 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 mq (-L r$Ni>[as 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 F{rC{5@fj o-JB, ^TE 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 Rt5pl,Nf 2p4iir 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 ;Sg,$`] 8kvA^r` 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 fxmY,{{ DiGHo~ f 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 1Zi` \N 4T @!}/$[hu1 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 c
*<m. @"wX#ot 2.5激光器的损耗与阈值条件 7U^{xDg.b P&<NcOCL& 2.5.1激光器的损耗 Q)lD2 Z 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 lCBH3-0^ e+:X%a4\ 2.5.3阈值条件 |WSpWsr, ?GqH/
(O 2.5.4对介质能级选取的讨论 |_QpB?b *'tGi_2?( 思考练习题2 U#I we= 6q!Q([D_ 第3章激光器的输出特性 2##mVEo.( _+H $Pa }? 3.1光学谐振腔的衍射理论 h7@%}< % hpYv*WH: 3.1.1数学预备知识 4mt O"'| TBky+]p@ 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 .mcohf R -$_FKny 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 E9Dy)f]#W yeBfzKI{b 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 =sefT @< /-t!)_zvw 3.2对称共焦腔内外的光场分布 eVB43]g hh5h \ZI% 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 <a&xhG} [2>zaag 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 9a_UxF+6/ BwGOn)KL 3.3高斯光束的传播特性 -#R`n'/ ;uv$>F auk 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 MgN;[4|[h %M/L/_d 3.3.2高斯光束的相位分布 2X*n93AQi p#-= mXE/2 3.3.3高斯光束的远场发散角 S3$C#mHX 0>D*d'xLd 3.3.4高斯光束的高亮度 r dtzz#7 CfD4m,6 3.4稳定球面腔的光束传播特性 GoH.0eQ^ .Cs'@[Ciy 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 !'IZr{Y> 1zw,;m n 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 9`5.0 ** v6 | [p 3.5其他几种常用的激光光束 59v=\; UI "Mv^S'?> 3.5.1厄米-高斯光束 -*hPEgcV9 6c2 7X/'Z 3.5.2拉盖尔-高斯光束 .sOZ "=tW &5sPw^{,H 3.5.3贝塞尔光束 SG&H^V8 G`&P|x Yg 3.6激光器的输出功率 6#Y]^%?uy n "^rS}Y] 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
heB![N0: g>' 6"p; 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 ;`kOFg#`)c = CS$c? 3.7激光器的线宽极限 'J!Gip , p]?eIovi 3.8激光光束质量的品质因子M2 gp~-n7'~O s SD&'K=lq 3.9模式激光的某些一阶统计性质 o8IqO ' =knLkbiq7, 3.9.1单模激光的一阶统计性质 ~k?t M9Yov4k,4] 3.9.2多模激光的一阶统计性质 0}'/p N> v&%W*M0q@ 思考练习题3 =,i?8Fuz m7 XN6zX 第4章激光的基本技术 jGJf[:M&Pm ^L
Xr4 4.1激光器输出的选模 z&um9rXR K:Z, 4Y 4.1.1激光单纵模的选取 ?duw0SZ aO9\8\^ 4.1.2激光单横模的选取 9o6qN1A0g 8JW0 ;H< 4.2激光器的稳频 7)Tix7:9S; d~QJ}a 4.2.1影响频率稳定的因素 wLt0Fq6QG Et}% sdS 4.2.2稳频方法概述
=&qfmq a{%EHL,F 4.2.3兰姆凹陷法稳频 2 0` XklV vt5>>rl 4.2.4饱和吸收法稳频 S_VzmCi @w P .Rd 4.3激光束的变换 6Q+VW_~ "/UPq6 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 BCd0X. m( ?o/p}6 4.3.2高斯光束的聚焦 N5k9 o:2 q?L*Luu+ 4.3.3高斯光束的准直 F0r 5$Pl* HBk5 p>& 4.3.4激光的扩束 AO5a [ei5QSL | 4.4激光调制技术 6+PP(>em {c&9}u$e 4.4.1激光调制的基本概念 x0TE+rf5 lb"T'} q 4.4.2电光强度调制 .Dr7YquW )_kEy>YscZ 4.4.3电光相位调制 8-K4*(-dL e+@.n 4.5激光偏转技术 AJzm/,H R~ N%sn 4.5.1机械偏转 do%.KIk f9n4/(C y 4.5.2电光偏转 SBw'z(U C{ Z*5) 4.5.3声光偏转 p 4b6TI9; x}reeqn 4.6激光调Q技术 ^4saB+q m I& x69 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q ^1--7#H x_H" <-By 4.6.2调Q原理 BTE&7/i 21 6b!1j,\Vx 4.6.3电光调Q 0XL[4[LdA \ }Pr!tk! 4.6.4声光调Q ,l\D@<F .3
^*_ 4.6.5染料调Q Z \ - 2Ju,P_<dt 4.7激光锁模技术 # P1 ;*m fAvB!e 4.7.1锁模原理 %';DBozZ s: MJ{r(s 4.7.2主动锁模 _'s5FlZq $,Y?q n/ 4.7.3被动锁模 bW'Y8ok[v vF@.B M> 思考练习题4 G&7 } m B#4 J![BX 第5章典型激光器介绍 6AmFl< .:, 9Tf 5.1固体激光器 uRw%`J4H 9893{}\cB 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 )/tdiRpn 9p"';*{= 5.1.2固体激光器的泵浦系统 ] m^ECA$ NW Pd~l+ 5.1.3固体激光器的输出特性 *P [N.5{ /3~}= b 5.1.4新型固体激光器 V0:d b c<qJs-C4; 5.2气体激光器 c-a;n AR G@S'_ 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 vYG$>* 7jF2m'( 5.2.2二氧化碳激光器 Al]z = UgLJV2M6 5.2.3Ar＋离子激光器 Xc]Q_70O HM\gOz 5.3染料激光器 )i>T\B dtq]_HvTJ 5.3.1染料激光器的激发机理 8m) E~6 %] 7.E 5.3.2染料激光器的泵浦 cGjkx3l* {pB9T3ry] 5.3.3染料激光器的调谐 i{ /nHrN .'N#qs_ 5.4半导体激光器 ia /_61% \[x4 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 cY*lsBo & |o V\L 5.4.2PN结和粒子数反转 $d7{ q3K&1 <3Hu(Jx<O 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 ZsYT&P2 T?FR@.
Rm 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 aD3Q-a[ *CXVA&? 5.5其他激光器 (tP^F)}e5 r7p>`>_Q\ 5.5.1准分子激光器
/=7[Q gG=E2+=uy 5.5.2自由电子激光器 meV
RdQ \>-%OcYlM 5.5.3化学激光器 pF "IDC *,DBRJ_*7 思考练习题5 J&6]3x c^8y/wfok 第6章激光在精密测量中的应用 }'
t*BaU (wIpq<% 6.1激光干涉测长 _/!IjB:(70 ffYiu4$m 6.1.1干涉测长的基本原理 NASRr ysiBru[u
6.1.2激光干涉测长系统的组成 mWM !6" 5 ERycC y 6.1.3激光外差干涉测长技术 ,*Yu~ 4 [(N<E/m %B 6.1.4激光干涉测长应用举例 Z5o6RTi `4 A%BKYB 6.2激光衍射测量 "L" 6jT qcfLA~y 6.2.1激光衍射测量原理 Io&F0~Z;;( r 6STc,%5 6.2.2激光衍射测量的方法 <&rvv4*H /P0%4aWu= 6.2.3激光衍射测量的应用 pJ5 Sxgv{; VscEdtkd 6.3激光测距 lH ^[ b[ gI^*O@Q4{b 6.3.1激光脉冲测距 o3l _&?^ 7>J8\= 6.3.2激光相位测距 6 l>$N?a m>6,{g) 6.4激光准直及多自由度测量 ^1S(6'a# JQ8wL _C> 6.4.1激光准直仪 v7/ qJ9l `:A`%Fg8< 6.4.2激光衍射准直仪 Bn/ {J |L4K# 6.4.3激光多自由度测量 i9oi}$;J iVt6rX 6.5激光多普勒测速 T0Q)}%L >_]j{}~\k 6.5.1运动微粒散射光的频率 gX34'<Z xS`>[8?3<T 6.5.2差频法测速 :d-+Z%Y s7<x~v+^ 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 F%x8y oxb #{o9G 6.6环形激光测量角度和角加速度 Jn. WbS R;f!s/^) 6.6.1环形激光精密测角 @twClk.s Z!m0nx 6.6.2光纤陀螺 )sVz;rF< nJ4i[j8 6.7激光环境计量 wg *2mo 0Q=4{*:? 6.8激光散射板干涉仪 l =ZhHON ]dc^@}1bN 思考练习题6 O s@ d&wm %9xz[Ng 第7章激光加工技术 Qj?FUxw <5A(rDij 7.1激光热加工原理 mh!;W=|/" ewSFB <
N 7.2激光表面改性技术 SqTO~zGC =9e( )j 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 DQd~!21\| INsc!xOQ 7.2.2激光表面熔凝技术 }.O2xZ;}]' g6k@E,cI_ 7.2.3激光熔覆技术 XS]=sfN VC\43A,9 7.3激光去除材料技术 Kgi%Nd AW4N#gt8', 7.3.1激光打孔 9Nglt3J[ -#H> kbs 7.3.2激光切割 C XZm/^ 1GVJ3VXt 7.4激光焊接 ,YJ\
$? >z1RCQWju 7.4.1激光热导焊 ig] * Z Hm4:m$=p4 7.4.2激光深熔焊 # vYdP#nWb q-3%.<LL 7.4.3激光复合焊 K.n #;| Iu^# +n 7.5激光快速成型技术 W~
XJ ']e [ XjJsk, 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 Q i#%&Jz>f d y;U e5 7.5.2激光快速成型技术 Z} TuVE _=XzQZT!L 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 a0C f.[L SJ;u,XyWn 7.6其他激光加工技术 CE:TQzg
!9DqW&8 7.6.1激光清洗技术 -kxNJ Gc? @k n0f` 7.6.2激光弯曲 %p)6m 2Sb xxgS! J 思考练习题7 /pZLt)=P g= k}6"F~ 第8章激光在医学中的应用 dX: (%_Mn f@Rn& &- 8.1激光与生物体的相互作用 V} =9S@$o qi_[@da f? 8.1.1生物体的 光学特性 ~xpU<Pd* Gvw4ot/ 8.1.2激光对生物体的作用 deHhl(U; I4ZL +a 8.1.3激光对生物体应用的优点 jzSh|a9_ h }i
/u 8.2激光在临床治疗中的应用 v- J*PB.0p $R%xeih1fz 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 a33}CVG-e3 *fso6j#% 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 I.A7H' j \,i9 m9;y 8.2.3激光在眼科中的应用 nV k o]y x'@0] f. 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 7R[4XQ% -z./6dQ 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 QpwOrxI} q3adhY9|)0 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 rlmzbIu I9 k`U")lv 8.2.7光动力学治疗 b 26#0;i w d2GKq! 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 S(eCG2gR %>Z^BM<e 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 Ikql im|(
4 f 8.3.2激光断层摄影 X:bv
?o>Y NypM+y 8.3.3激光显微镜 >Lx,<sE #'fh'$5" 8.4医用激光设备 VliX'.- R7}=k)U?d@ 8.4.1医用激光 光源 Y b\t0:_ x1</%y5ev 8.4.2医用激光传播用 光纤 i"Hec9Ri D*BZp0x 8.5激光应用于医学的未来 A}pmr t+7h(?8L 8.5.1医用激光新技术 \fIGMoy! _^;+_6&[ 8.5.2光动力学治疗的前景 e\%+~GUTC= 8+K=3=05#U 思考练习题8 9W88_rE'e} EITA[Ba B` 第9章激光在信息技术中的应用 ;[TC`DuNj0 1$T;u ~vg 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 yH5^EY7rQ $51M' Qu 9.1.1半导体激光器 ?=,4 {(/) ]=\vl>W 9.1.2光纤激光器 va N}M)W/ cO/%;HEV 9.1.3光放大器 g sFyZ "&;8U. 9.2激光全息三维显示 7Mq4$ |qhD n+ 1!/H=d 9.2.1全息术的历史回顾 VWDXEa9 DT *'r; 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ^'>kZ^w0 6Y?%G>$6 9.2.3白光再现的全息三维显示 kHLp a/A nF$n[: 9.2.4计算全息图 ; ^ +# C><]o 9.2.5数字全息术 !kCMw%[ {p3 VHd# 9.2.6全息三维显示的优点 r*?rwtFtg & D@/_m $ 9.2.7全息三维显示的应用 }*eiG ZccQ{$0H 9.2.8全息三维显示技术的展望 fXfBDB %B9iby8)1 9.3激光存储技术 "9F]Wv/ Z{-x}${ 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 ~DY5`j V S%+,:kq 9.3.2激光光盘存储 a (Q4*XH4 &XG k 9.3.3激光体全息光存储 DXX(q k)6 h M{&if 9.3.4激光存储技术的新进展 QY14N{]T\p P(iZGOKUs= 9.4激光扫描和激光打印机 "p]F q, o =/Cje 9.4.1激光扫描 X( Q*(_ jvfVB'Tmr 9.4.2激光打印机 &q R1fbw" RSL%< 9.5量子光通信中的激光源 iMgfF_r [HEqMBX=; 9.5.1量子光通信 %Xm3m0nsv{ ?l\1n,!:8 9.5.2量子态发生器及应用 #bRr|` /WIO@c 思考练习题9 2 uuI_9 "^ oL?[9aww 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 [h"#Gwb=; kk`BwRh)d; 10.1激光核聚变 1-z*'Ghys t<`h(RczHI 10.1.1受控核聚变 aFkxR\x
6% -I, _{3. S 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 iQ[0d.(A 2m`4B_g A
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 #3uBq(-Z `i{k^Q 10.2激光冷却 Y~RZf /` kBPFk t2 10.3激光操纵微粒 zs +[Aco) 7ko7)"N 10.3.1光捕获 ,+p& Z pH 9JF*xXd>Q 10.3.2微粒操纵 ;bt@wgY Kd_ WN;l 10.4超越经典衍射极限的分辨率 Dl862$_Q vS~y~ uU%6 10.4.1解析延拓 V/j ]UK0$ Q37VhScs 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 NJYx.TL -KRHcr \ 10.4.3傅里叶叠层算法 kndP?#>
p1 S"|sD|xOb 10.4.4相干谱复用 T7;)HFGeW v}6YbY Tq 10.4.5非相干结构光 照明成像 Q9K+k* ?{N d}f| HOFq 10.4.6超分辨荧光显微镜 1fbd/-h mB(*)Pw Z 10.5激光光谱学 CvpqQ7&k7 -_jV.`t 10.5.1拉曼光谱 } ?P~qJ|1 @ 4:cn 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 (l 2 2p
<$liWAGX\ 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 ` w Sg/ m[^;HwJ 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 d9/E^)TT /,v:!* 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 H+zn:j@ ~L *jWU8.W 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 @ A DY? \h^bOxh 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 a@@!Eg
A ;U<) $5 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 *f8,R"]-g + N[dYm 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 |D^Q}uT ^&uWAQohL 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 o,) p *glO 4x'^? 0H@ 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 mxHNK4/ 2h&pm 思考练习题10 EpGe'S ,Ucb)8a 附录A随机变量 pb%#`2" *DkA$Eu3u A.1概率的定义和随机变量 9szE^kHS9 c7\bA7 . A.2分布函数和密度函数 z>j%-3_1 HXU"]s2Z A.3推广到两个或多个联合随机变量 Ao96[2U6 wri[#D { A.4统计平均 :&)RK~1m_ ;_j\E(^% 附录B随机过程 ;$i9gP[|m mC~W/KReA B.1随机过程的定义和描述 F__>`Do l qe(X5 ?#; B.2平稳性和遍历性 ! #
tRl n 2#uH 参考文献 tzpGKhrk6 jZv8X 5i  ^e>v{AE% W r)% C （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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