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。
Nfl5tI$U: Z+Fh I^
cdL0<J b, ?Bd6<F-G 第1章辐射理论概要与激光产生的条件
/EZ - `my\59T 1.1光的波粒二象性
ge{%B~x w(odgD 1.1.1光波
kL -f@CD HNX/#?3 1.1.2光子
8(-N;<Ef2 ;l@Ge`&u 1.2原子的能级和辐射跃迁
t0ZaI E !3*%-8bp 1.2.1原子能级和简并度
SXV
f&8 5lE9UoG[Q 1.2.2原子状态的标记
zwlz zqV X'7MW?
q@ 1.2.3玻尔兹曼分布
'"V]>) 7C@m(oK 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁
xI5zP?
_v ^%33&<mB} 1.3光的受激辐射
pG$l
2cv=7!K4Uv 1.3.1黑体热辐射
1z8fhE iiE `S]DHxS 1.3.2光和物质的作用
6?l|MU"Q. }pT>dbZ 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
XiyL563gh MBFn s/ 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
[g lhru=+ |OBZSk1jp 1.4光谱线增宽
KC-@2,c9V ru*}lDJ 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
%wmbFj} )KN]"<jB
1.4.2自然增宽
].x`Fq3 l`E KL2n 1.4.3碰撞增宽
kNUNh[ -lI6!a^ 1.4.4多普勒增宽
=K6{AmG$ $&0\BvS 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
.!g $"{I|UFC 1.4.6综合增宽
v,)vW5jGI e>_Il']Mb 1.5激光形成的条件
Z}r9jM {9h`h08?z 1.5.1介质中光的受激辐射放大
G-RE @Yzb6@g" 1.5.2光学谐振腔和阈值条件
,mD{4 >7 Y^}c+)t 思考练习题1
Vs&Ul6@N PA${<wyBR_ 第2章激光器的工作原理
@@+BPLl Q|W~6 2.1光学谐振腔结构与稳定性
Jgzg[6 EceD\}
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件
Ccy0!re h8? E+0 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类
Ku] <$uo kBJx`tjtp 2.1.3稳定图的应用
h
Ap(1h#m j{H,{x 2.2速率方程组与粒子数反转
b:6e2|xf? Hu7WU;w 2.2.1三能级系统和四能级系统
&v&e-|r8; Q~$hx{foN 2.2.2速率方程组
K}Rq<zW ;cW9NS3: 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布
5^GrG|~ Gbc2\A\ 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布
]*pro| ,
Y cF~ 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
PRyzUG& s7na!A[ 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
]s^Pw>/` d<afO?" 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
]MV=@T^8# |C.[eHe&D 2.3.1均匀增宽介质的增益系数
sWX\/Iyy2p WRfhxl 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和
+p_>fO g7<u eF 2.4非均匀增宽介质的增益饱和
C;oT0( v
L!?4k 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
cR/z; *wr7 Tyt1a>!qA 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
>Gi*BB .V\:)\<| 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
$ 2PpG|q v[=TPfX0 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
b0lZb' jij-pDQnv 2.5激光器的损耗与阈值条件
Vh5Z'4N }C9P-- 2.5.1激光器的损耗
iP+3) ;\)N7SJ 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程
R7~#7qKQB J+=+0{} 2.5.3阈值条件
dI$M9; m<| * 2.5.4对介质能级选取的讨论
B>,&{ah/5J Wd/m]]W8Q 思考练习题2
+C){&/=# 'AJlkLqm#> 第3章激光器的输出特性
;`-@L t{Xf3. 3.1光学谐振腔的衍射理论
$jgEB+ $WHmG!)* 3.1.1数学预备知识
},(Ln%M ^%~ux0%^T 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
`%A>{ A" oBZzMTPe 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
Z^SF $+UN kxVR#: 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
<c$K3 \?rBtD( 3.2对称共焦腔内外的光场分布
]J>{ZL ,T\)%q 3.2.1共焦腔镜面上的场分布
}KCb5_MDF T9=55tpG9 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
3pk `&' 55]E<2't 3.3高斯光束的传播特性
Y<EdFzle <\C/; 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布
~AbTbQ3 a2\r^fY/ 3.3.2高斯光束的相位分布
-P7JaH/Q mDJN)CX 3.3.3高斯光束的远场发散角
;^Hg\a -P'KpX:]hd 3.3.4高斯光束的高亮度
F F7 Dhy@!EOS 3.4稳定球面腔的光束传播特性
{Wp5Ane nFY6K%[ 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔
^J{tOxO=l X9oxni# 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性
v<c@bDZ> 8*t8F\U# 3.5其他几种常用的激光光束
NT}r6V(Aju 9XSZD93L 3.5.1厄米-高斯光束
[>N`)]fP u#uT|a. 3.5.2拉盖尔-高斯光束
x]%'^7#v) r^,XpRe&M 3.5.3贝塞尔光束
j9G1
_ :`w'}h7m 3.6激光器的输出功率
C/L+gU& I"1H]@"= 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
q" aUA_}\ 8kwe ._&) 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率
A:-r2;xB [ijK~ 3.7激光器的线宽极限
d5O_~xf&
{j{H@rHuy 3.8激光光束质量的品质因子M2
=Pu;wx9 bm:"&U*tu' 3.9模式激光的某些一阶统计性质
@ZUrr_| FhkS"y 3.9.1单模激光的一阶统计性质
50l!f7 ,|r%tNh<8$ 3.9.2多模激光的一阶统计性质
-lNq.pp3-$ bb]r 思考练习题3
Sb;=YW
1< eXdE?j 第4章激光的基本技术
[~[)C]-= f,_EPh> 4.1激光器输出的选模
Z:2a_Atm 6pCQP
c*A 4.1.1激光单纵模的选取
~Os1ir. Arzyq_ Yk 4.1.2激光单横模的选取
c4'k-\JvT BlrZ<\-/ 4.2激光器的稳频
h/a|-V}m& --}5%6 4.2.1影响频率稳定的因素
)=vQrMyB X?8 EPCk 4.2.2稳频方法概述
S);SfNh%CL yD-L:)@" 4.2.3兰姆凹陷法稳频
F^/1 u qlJzXq{|` 4.2.4饱和吸收法稳频
7|/Ct;oO: #S*`7MvM 4.3激光束的变换
hN3*]s;/6z :p@.aD5 4.3.1高斯光束通过薄
透镜时的变换
>&z=ktB _3'FX#xc 4.3.2高斯光束的聚焦
:47bf<w|Y PqJB&:ZV 4.3.3高斯光束的准直
(5Z*m<]c @g{FNXY$ m 4.3.4激光的扩束
|v6kZ0B< &I|\AG"X} 4.4激光调制技术
\pVmSac, @3Lh/& 4.4.1激光调制的基本概念
Q^H8gsv ?E*;fDEC 4.4.2电光强度调制
P d"=&Az| Ddr.kXIpo 4.4.3电光相位调制
Us.")GiHE [K=M;$iQ 4.5激光偏转技术
26&$vgO~: @|jLw($Ly 4.5.1机械偏转
.EF(<JC? =G9 9U/ 4.5.2电光偏转
`;7eu= YXi'^GU@ 4.5.3声光偏转
R.(fo:ve> ;Eer 4.6激光调Q技术
Jx jP'8 YcaomPo 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
%wDE+&M {PTB]D' 4.6.2调Q原理
5p}ri,Y< v/m} {&K 4.6.3电光调Q
w1&\heSQ +&*D7A>~p 4.6.4声光调Q
g5OKhL0u AVnH|31dC~ 4.6.5染料调Q
9Ev<t\B nc2=S^Fqu 4.7激光锁模技术
R[#vFQ "K9/^S_ 4.7.1锁模原理
:Rftn6! cS2PrsUx 4.7.2主动锁模
nr{#Krkb ,l47;@kr 4.7.3被动锁模
V`WSZ d$H 思考练习题4
AL;z's(F? ^ 5D%)@~ 第5章典型激光器介绍
Sk6B>O <: F4*ssx 5.1固体激光器
E-`3}"{ V'q?+p]
a 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
28!
ke s?5vJ:M
Xr 5.1.2固体激光器的泵浦系统
]J(BaX4 lZr}F.7 5.1.3固体激光器的输出特性
s 0To^I D^Gs_z$[' 5.1.4新型固体激光器
T2ZB(B D (B^rW,V[R 5.2气体激光器
JE*d- =`KA@~XH4 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
Uk'bOp Mgp+#w+, 5.2.2二氧化碳激光器
{44#<A< ib\_MNIb 5.2.3Ar+离子激光器
B6 yTD7 6KRC_- 5.3染料激光器
`6:B0-r ^7SE2Zi 5.3.1染料激光器的激发机理
PrKH{nyJk 67g"8R#.V 5.3.2染料激光器的泵浦
KSAE!+ S
aH':UN 5.3.3染料激光器的调谐
OfK>-8 KDS}"/ 5.4半导体激光器
KjNA PfL 4Jf9N' 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
X5tx(}j
'N3)>!Y:8 5.4.2PN结和粒子数反转
|E9'ii&?B &<LBz| 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
[Qqomm.[\w g.*DlD%% 5.4.4同质结和异质结
半导体激光器
Nl'@Y^8N 6]sP" 5.5其他激光器
.|e8v _2J =z!^OT6eb 5.5.1准分子激光器
.%EYof B#G:aBCM 5.5.2自由电子激光器
Gsu?m :>y;*x0w 5.5.3化学激光器
lc$wjK[w[ 2e9.U/9 思考练习题5
!pZ<{|cH b]gVZ- 第6章激光在精密测量中的应用
bE;c&g q5G`q&O5 6.1激光干涉测长
DF>3)oTF w>o/)TTJL 6.1.1干涉测长的基本原理
.b?Aq^i8 YsMM$rjP+ 6.1.2激光干涉测长系统的组成
brX[- [w90gp1O[ 6.1.3激光外差干涉测长技术
8'"=y}]H~ <L+1
&H 6.1.4激光干涉测长应用举例
#g/m^8n?s j5wfqi 6.2激光衍射测量
LS$zA>: oOHY+'V 6.2.1激光衍射测量原理
)Dp0swJ M1icj~Jr 6.2.2激光衍射测量的方法
=4$ErwI_dm 4T-"\tmg/ 6.2.3激光衍射测量的应用
Z2t\4|wr: Ci4;e 6.3激光测距
.8->n aj| g4u6#.m( 6.3.1激光脉冲测距
y 2)W"PuG Z9.0#Jnu 6.3.2激光相位测距
f^ja2.*%? "x vizvR 6.4激光准直及多自由度测量
K3Bw3j 9 d%UzQ*s 6.4.1激光准直仪
Re2&qxE dVUe!S` 6.4.2激光衍射准直仪
6?Kl L [~ H,c`=Ii3 6.4.3激光多自由度测量
(g*j+i >(-A"jf 6.5激光多普勒测速
`{|w*)mD 0'HQ=pP 6.5.1运动微粒散射光的频率
*7E#=xb mITNx^p4f 6.5.2差频法测速
,kf.'N zE<Iv\Q 6.5.3激光多普勒测速技术的应用
Q6RTH L9<\vJ 6.6环形激光测量角度和角加速度
\_ *NG\3%}%|@ 6.6.1环形激光精密测角
:0,yq?M Vef!5]t5 6.6.2光纤陀螺
v$D U
q+ ''(rC38 6.7激光环境计量
damG*-7Svx }h=PW'M{ 6.8激光散射板干涉仪
fZj,Q#}D yIcTc 思考练习题6
xr{Ym99E$ $C sE[+k1 第7章激光加工技术
@gfW*PNjlP l^d' 8n 7.1激光热加工原理
yQ$]`hr; .9J}Z^FD 7.2激光表面改性技术
_3:%b6&Pz )|v y}Jf7 7.2.1激光淬火技术的原理与应用
vJaWHC$q +ZwoA_k{ 7.2.2激光表面熔凝技术
l=b!O 0ki- /{; 7.2.3激光熔覆技术
)AxD|A p #{y9s4h 7.3激光去除材料技术
!6 L!%Oi 9(J,&)J 7.3.1激光打孔
Q3(ulgl] N[e,%heR 7.3.2激光切割
D;NL*4zt eb}P/ 7.4激光焊接
Y X^c}t}U n."n?C'{ 7.4.1激光热导焊
Ny^f'tsA (jA5`4>u 7.4.2激光深熔焊
x};~8lGT>t .whi0~i 7.4.3激光复合焊
GTM0Qvf? DtFHh/X 7.5激光快速成型技术
#|ts1lD#ah aZ4?!JW . 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点
ZX` \so,&, 5XUm} D$ 7.5.2激光快速成型技术
!9WGZfK+0Y OemY'M?ZQ 7.5.3激光快速成型技术的重要应用
W`_JERo -R]0cefC<f 7.6其他激光加工技术
ewU*5|*[ jkx>o?s)z 7.6.1激光清洗技术
Lo%vG{yTr YD'gyP4 7.6.2激光弯曲
?a3wBy \^*:1=|7u] 思考练习题7
tg@61V?> ["<Xh0_ 第8章激光在医学中的应用
hqvhnqQk 0#9H;j<Op 8.1激光与生物体的相互作用
u"=]cBRWL6 8&G9 ?n`I5 8.1.1生物体的
光学特性
6[3Xe_ $G`CXhbl 8.1.2激光对生物体的作用
qC> tni% O hk\P;} 8.1.3激光对生物体应用的优点
?"mZb#% J)>DsQ+Cj 8.2激光在临床治疗中的应用
B=TUZ) ID2->J 8.2.1激光临床治疗的种类与现状
@01.Pd KsP2./N 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
T0tX%_6` Ze~P6 8.2.3激光在眼科中的应用
d\JaYizp i90 X0b-A 8.2.4激光在泌尿外科中的应用
TQT3]h6 `FPQOa*%3 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用
=U3S"W % ZLT?G 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术
~i"=:D K9#kdo1 2 8.2.7光动力学治疗
<=">2WP{ f?UI+TU 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用
oZiW4z*Wh v1,#7sAW' 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断
}#FV{C] '#f<wfn 8.3.2激光断层摄影
S&`6pN * @4@eQF 8.3.3激光显微镜
!FL"L
9 |Gf<Ql_.4 8.4医用激光设备
<{kPa_`' <?KPyg2 8.4.1医用激光
光源 }ssV"5M m[}k]PB> 8.4.2医用激光传播用
光纤 -i`jS_-Cv- _ p\L,No 8.5激光应用于医学的未来
]eKuR"ob0 7\6g>4J^` 8.5.1医用激光新技术
;d6Dm)/( r%.k,FzGZY 8.5.2光动力学治疗的前景
}=/zG!+ W#F9Qw 思考练习题8
?XHQdN3e [<#jK}g 第9章激光在信息技术中的应用
e_=K0fFz 9>~pA]j% 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器
X<L=*r^C,= Q/S ^-&~ 9.1.1半导体激光器
eA4D.7HDK INN}xZ 9.1.2光纤激光器
kEDpF26! _eKO:Y[e 9.1.3光放大器
,u
`xneOs Vgm'&YT 9.2激光全息三维显示
'dKfXYY1`N |T|m5V'l 9.2.1全息术的历史回顾
c<_%KL&R |{ N{VK 9.2.2激光全息术的基本原理和分类
x(Bt[=,K3 6$R9Y.s>Z 9.2.3白光再现的全息三维显示
/f#b;qa, ;ek*2Lh 9.2.4计算全息图
CPOHqK`k cqG6di7# 9.2.5数字全息术
[[$CtqLg 9hA`I tS 9.2.6全息三维显示的优点
1"H;Tr| 0nb%+],pX 9.2.7全息三维显示的应用
nQiZ6[L <o%T] 9.2.8全息三维显示技术的展望
B->AY.&j _9h$8(wjn 9.3激光存储技术
8FuxN2 wo@ T@Ve~ 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
Pu3oQDldV %hVR|K|J 9.3.2激光光盘存储
8qyEHUN2q :A zT=^S 9.3.3激光体全息光存储
VRd7H.f,A6 gA2Wo+\^bq 9.3.4激光存储技术的新进展
sycAAmH< Y}ogwg& 9.4激光扫描和激光打印机
(GC]= ]DVr-f
~ 9.4.1激光扫描
q_b!+Y PT~htG<Fw 9.4.2激光打印机
y#GHmHeh FP=B/!g 9.5量子光通信中的激光源
;XN|dq Af _4Z]F
9.5.1量子光通信
IXy6Yn9l 1&dtq,|N 9.5.2量子态发生器及应用
,CqWm9 /s4~Ij`be 思考练习题9
hN3FH#YO +bznKy! 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用
& P-8_I 0-Mzb{n5 10.1激光核聚变
w/6X9d {+67<&g 10.1.1受控核聚变
zZ%[SW&vC _*o<<C\E 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法
QEr<(wM-y 4}H+hk8- 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理
PeJ#9hI~rQ #gC[L=01 10.2激光冷却
J
p?XV<3Z !6(3Y 10.3激光操纵微粒
hY&Yp^"}]^ '[#y| 10.3.1光捕获
mh3S?Uc /yI4;:/ 10.3.2微粒操纵
O*~,L6# } Pxr/*X 10.4超越经典衍射极限的分辨率
CTNL-> &s".hP6 10.4.1解析延拓
NH/A`Wm nm5DNpHk 10.4.2综合孔径傅里叶全息术
5 bI:xL} 6}6Q:V| 10.4.3傅里叶叠层算法
?06gu1z/ z8X7Y
>+SA 10.4.4相干谱复用
KL_/f ^C'S-2nGH 10.4.5非相干结构光
照明成像
v5M4Rs&t lx|Aw@C3~ 10.4.6超分辨荧光显微镜
J+P<zC =o9s?vOJ 10.5激光光谱学
>?@5>wF ;^ME 10.5.1拉曼光谱
jSp&\Wj b 5SY%B#;5G 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
j-K[]$ L3%frIUd 10.5.3频率高分辨的双光子光谱
ogFo/TKM 4t[7lL`Z 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱
?,pwYT0g *p(_="J, 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术
:H&Q!\a vFk@
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
_WZx].|A= }k }=e 10.6.1电磁波的正常多普勒效应
C!+D]7\j t<v.rb 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
!/p|~K {?`rGJ{f 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
5k0iVpjQ v[
iJ(C_ 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
z/J?!ee IS]A<}j/- 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
tNY;wl:wp d~<$J9% 思考练习题10
|Y!^E %* d ~M; 附录A随机变量
)]fiyXA
F7<mm7BGZ A.1概率的定义和随机变量
4V:W 8k 9D "pO A.2分布函数和密度函数
*F( qg%1+ p(RF
A.3推广到两个或多个联合随机变量
D|zuj] $]|3^(y`` A.4统计平均
Dl/ C?Fll Nr*l3Z>LD 附录B随机过程
XCI Iy_5k8] B.1随机过程的定义和描述
Ic&~iqQ I7U/={[J B.2平稳性和遍历性
w%\
n XJ :gsRJy1 参考文献
Vo"G@W)lZ KiXfR\S~C
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